Рост и развитие растений
Рост и развитие растения — взаимосвязанные процессы, благодаря которым из семени формируется взрослый организм, способный к размножению. Рост связан прежде всего с увеличением размеров и массы, а развитие — с качественными изменениями, образованием органов и переходом к новым этапам жизненного цикла.
Рост и развитие: основные понятия
Рост — необратимое увеличение размеров, массы и объёма организма или его частей. Он происходит за счёт деления клеток, их растяжения и накопления веществ.
Развитие — качественные изменения организма в течение жизни: формирование тканей и органов, появление новых функций, переход от прорастания к цветению, плодоношению и старению.
Рост особенно активно происходит в образовательных тканях — меристемах. Верхушечные меристемы обеспечивают рост побега и корня в длину, а боковые меристемы, например камбий, — утолщение стебля и корня. В зоне деления клетки меристемы образуются, в зоне растяжения увеличиваются в размере, а в зоне дифференцировки приобретают особенности строения и функции.
| Процесс | Что происходит | Результат |
|---|---|---|
| Деление клеток | Образуются новые клетки | Увеличивается число клеток |
| Растяжение | Клетки поглощают воду, вакуоль увеличивается | Увеличивается размер органа |
| Дифференцировка | Клетки специализируются | Формируются ткани и органы |
Рост органов растения происходит неравномерно: разные участки имеют неодинаковую скорость роста. Поэтому изменение освещения, влажности или положения органа может изменить направление его роста.
Развитие растения включает индивидуальный жизненный цикл: семя, проросток, вегетативное растение, цветение, образование плодов и семян, старение. У семенных растений различают вегетативные органы — корень, стебель и листья — и генеративные органы, связанные с размножением: цветок, плод и семена.
Факторы, влияющие на рост
Для роста растению нужны свет, вода, минеральные вещества, углекислый газ, кислород и подходящая температура. Взаимодействие этих факторов определяет скорость фотосинтеза, дыхания, поглощения воды и минерального питания.
- Свет необходим для фотосинтеза и влияет на направление роста побега. При недостатке света стебель часто вытягивается, листья становятся бледными.
- Вода поддерживает тургор клеток, участвует в обмене веществ и переносе растворённых веществ. Недостаток воды вызывает увядание и замедляет рост.
- Температура влияет на скорость ферментативных реакций. Слишком низкая температура замедляет процессы, а слишком высокая может повреждать белки и мембраны.
- Минеральные элементы нужны для построения органических веществ и работы ферментов. Например, азот необходим для белков и хлорофилла; подробнее его значение рассматривается в теме азотного питания растений.
- Кислород необходим для дыхания клеток, особенно для прорастающих семян и корней. Газообмен листьев связан с работой устьиц, о которой говорится на странице газообмен растений.
Скорость роста ограничивается тем фактором, который находится в наибольшем недостатке относительно потребности растения. Устранение другого ограничения не ускорит рост, пока дефицитный фактор не станет доступнее.
Факторы действуют совместно. Например, при достаточном свете, но недостатке воды фотосинтез и рост всё равно снижаются. Оптимальное значение фактора — не обязательно максимальное: избыток воды вытесняет воздух из почвы и ухудшает дыхание корней.
Почему растение может увядать даже во влажной почве?
Фитогормоны и регуляция роста
Фитогормоны — органические вещества, которые образуются в небольших количествах и регулируют рост и развитие растений. Они могут переноситься от места образования к месту действия и изменять активность клеток.
| Фитогормон | Основное действие | Пример проявления |
|---|---|---|
| Ауксины | Стимулируют растяжение клеток, участвуют в образовании корней и тропизмах | Изгиб побега к свету |
| Гиббереллины | Ускоряют рост побега, могут выводить семена из состояния покоя | Вытягивание стебля |
| Цитокинины | Стимулируют деление клеток и задерживают старение листьев | Поддержание активности тканей |
| Абсцизовая кислота | Тормозит рост, участвует в покое семян и закрытии устьиц | Реакция на засуху |
| Этилен | Регулирует созревание плодов и старение органов | Созревание плодов |
Один и тот же фитогормон может действовать по-разному в зависимости от концентрации, органа и условий среды. Поэтому нельзя считать, что каждый гормон всегда только ускоряет или только тормозит рост.
Фитогормоны регулируют не отдельный признак изолированно, а целые программы развития. Например, соотношение ауксинов и цитокининов влияет на образование корней и побегов в культуре тканей. Абсцизовая кислота помогает растению пережить неблагоприятные условия, переводя семена в состояние покоя и уменьшая потерю воды.
Тропизмы и движения растений
Тропизмы — направленные ростовые реакции органов растения на внешний раздражитель. Если орган растёт к источнику раздражения, реакцию называют положительной, если от источника — отрицательной.
- Фототропизм — рост органа под влиянием света; побег обычно изгибается к источнику света.
- Геотропизм, или гравитропизм, — реакция на силу тяжести; корень растёт вниз, а побег — преимущественно вверх.
- Хемотропизм — рост под влиянием химических веществ; примером служит рост пыльцевой трубки к семязачатку.
- Тигмотропизм — реакция на прикосновение; усики некоторых растений обвиваются вокруг опоры.
Подробный механизм изгиба побега к свету рассматривается в теме фототропизма. Направление роста связано с неравномерным распределением ауксина: в побеге затенённая сторона растёт быстрее, поэтому орган изгибается к свету.
Проросток имел длину 4 см, а через 3 суток его длина стала 10 см. Найдём среднюю абсолютную и относительную скорость роста.
Ответ: средняя абсолютная скорость роста равна 2 см/сут, относительная — 50% начальной длины в сутки. В заданиях важно не путать общий прирост за весь период со скоростью роста за одни сутки.
Периодичность развития и покой
Растения реагируют не только на отдельные факторы, но и на их периодические изменения. Суточные ритмы связаны с чередованием дня и ночи. Сезонные изменения температуры и длины дня влияют на листопад, покой почек, цветение и подготовку к зиме.
Фотопериодизм — реакция растений на соотношение продолжительности дня и ночи. По реакции на длину дня выделяют растения короткого дня, длинного дня и нейтральные. Для цветения важна не просто освещённость, а длительность непрерывного светлого или тёмного периода.
1. Рост не равен развитию: увеличение массы — количественное изменение, а образование цветка — качественное. 2. Фотосинтез и дыхание не следует противопоставлять: дыхание идёт постоянно, а фотосинтез зависит от света. 3. Недостаток фактора не всегда означает его полное отсутствие. 4. Фитогормоны действуют в малых концентрациях и не являются питательными веществами. 5. При фотопериодизме учитывают продолжительность дня и ночи, а не только силу света.
Определите, что измеряется: размер, масса или качественный признак. Затем установите фактор воздействия, направление реакции и роль гормона. В расчётах выпишите исходные данные, найдите изменение величины и только потом делите его на время или начальное значение.
Быстрая проверка
Главное
- Рост — необратимое увеличение размеров и массы; развитие — качественные изменения и смена этапов жизненного цикла.
- Рост обеспечивают деление, растяжение и дифференцировка клеток, главным образом в меристемах.
- Свет, вода, температура, минеральные вещества и кислород действуют совместно; рост ограничивается наиболее дефицитным фактором.
- Фитогормоны регулируют рост, покой, цветение, созревание и реакции на неблагоприятные условия.
- Тропизмы — направленные ростовые реакции; фотопериодизм зависит от продолжительности дня и ночи.