1.6. Фізіологічні основи біотехнології

Демографічна ситуація у світі, основною рисою якої є стрімкий приріст населення, зменшення запасів корисних копалин, зокрема енергоносіїв, а також катастрофічне погіршення стану навколишнього середовища спонукають людство до відповідного збільшення виробництва продуктів харчування та рослинницької сировини з одночасним поліпшенням їх якості. Важливе значення має також розширення виробництва рослинницької продукції як відновлювального джерела енергії. Досягнути цієї мети можна шляхом створення генетичних форм рослин з високою потенціальною продуктивністю і стійкістю до несприятливих факторів, а також розробки мало енергоємних сучасних технологій вирощування in vivo та культивування in vitro рослинних об’єктів.

Вирішення цих глобальних проблем під силу фахівцям агрономічних спеціальностей, озброєних знаннями метаболічних функцій організмів і найважливіших процесів синтезу й перетворення органічних речовин, котрі базуються на досягненнях фізіології і біохімії рослин, а також підвищення продуктивності існуючих і створення нових видів організмів.

Сьогодні людство володіє знаннями, які дозволяють керувати рослинними організмами на рівні клітин, а то і їх органел. Штучним шляхом створюються клітини (організми) з необхідними характеристиками онтогенезу та заданими параметрами синтезу необхідних речовин. Це пов’язано з широким розвитком нового наукового напряму – генетичної та клітинної інженерії, які розробляють методи модифікації генетичних апаратів. Саме ці напрями, з керуванням фізіологічними процесами, які відбуваються в живих об’єктах є основою галузі, що надзвичайно швидко розвивається останніми декількома десятиліттями – біотехнології.

Біотехнологія розвивалась як самостійна галузь в результаті фундаментальних досліджень, насамперед у фізіології рослин, генетиці, біохімії та молекулярній біології з використанням методів культивування in vitro. У зв’язку з цим біотехнологія стала наукою про практичне використання біології вцілому, а не окремих її напрямів, як це було раніше.

Розділ II фізіологія рослинної клітини

2.1. Клітина як структурно-функціональна одиниця рослинного організму

Передумовою відкриття клітини стали спостереження англійського вченого Роберта Гука (1665). Розглядаючи під мікроскопом зрізи кіркової тканини, вчений помітив, що вона складається з утворень, які мали вигляд бджолиних щільників. Ці утворення Р. Гук назвав клітинами (від латинського cellua – чашечка, клітина).

У 1839 р. німецький зоолог Теодор Шванн запропонував клітинну теорію, у основу якої були покладені два фундаментальні положення: 1)клітина є основною одиницею всіх організмів; 2) ріст, розвиток і диференціація тканин живих організмів зумовлені процесом утворення нових клітин.

Ця теорія була розвинена і вдосконалена другим німецьким ученим Рудольфом Вірховим (1885), який ввів низку нових положень про роль клітинних структур в організмі. Основна теза його теорії, що поза клітиною не існує життя і кожна клітина походить із клітини, була повністю підтверджена подальшим розвитком біології.

Клітинна теорія відіграла важливу роль у розумінні ідеї єдності життя, спільності його походження для тваринних і рослинних організмів і цим сприяла ствердженню матеріалістичного світогляду у біології. Вона стала теоретичною основою еволюційного вчення Ч. Дарвіна (1859).

Клітина – це елементарна біологічна відкрита система, яка здатна до самовідтворення, саморегуляції та саморозвитку. Для проходження цих процесів у клітині повинен постійно відбуватися обмін речовин і вироблятися енергія.

Під обміном речовин, що має назву метаболізму, розуміють обмін між організмом і середовищем (зовнішній обмін), а також транспортування речовин у організмі (внутрішній обмін). Метаболізм характеризується двома взаємопов’язаними процесами життєдіяльності – анаболізмом і катаболізмом.

Анаболізм – це сукупність біохімічних процесів, які сприяють засвоєнню поживних речовин і енергії, утворенню тіла клітини (наприклад, фотосинтез).

Катаболізм – це розпад органічних сполук, синтезованих при анаболізмі, на більш прості, необхідні для побудови нових органічних сполук і вивільнення певної кількості енергії. До катаболізму належить дихання.

Єдність цих двох типів обміну і сновить основу життя.

Отже, обмін речовин слід розглядати як найголовнішу функцію живої матерії, яка є джерелом усіх необхідних для життєдіяльності речовин і енергії.

У зеленої рослини, як складної системи, окремі органи, тканини і клітини постійно взаємодіють. Характер цієї взаємодії визначається спадковістю й умовами, у яких відбувається розвиток конкретного організму.

Пізнати таке складне явище, як життєдіяльність організму, зокрема рослини, можна лише за допомогою дослідження спочатку окремих процесів і функцій, розглядаючи їх як частини нерозривно пов’язаного єдиного цілого, що перебуває у стані безперервного руху і змін.

Враховуючи це положення, життя рослин можна краще і простіше зрозуміти, вивчивши досконало клітину: її структурну і функціональну організацію, процеси поглинання й перетворення речовин і енергії, їх обмін у клітині і взаємообмін між сукупністю клітин, які складають тканини, органи рослин і саму рослину.