Вопрос 14. Физиологические основы выращивания растений без почвы, использование в практике защищенного грунта.

Выращивание растений без почвы на питательных растворах называется гидропоникой. В зависимости от среды, в которой развивается корневая система растений, различают 3 вида гидропоники:

- водная культура – отсутствует субстрат, а корневая система погружена непосредственно в раствор

- субстратная культура – корневая система развивается в твердом инертном субстрате (почве, песке, торфе, перлите и др.), а в свободном пространстве циркулирует питательный раствор

- воздушная (аэропонная) культура – питательный раствор поступает к корням растений в виде аэрозоля

При выращивании растений на гидропонике очень важно поддерживать достаточную аэрацию корней. Еще одной проблемой является состав питательных растворов. Между ионами в питательном растворе возможны взаимодействия 3 типов:

- аддитивность – ионы не влияют друг на друга, поэтому физиологическое действие смеси ионов равно сумме действий каждого из этих ионов

- синергизм – ионы усиливают физиологическое действие друг друга, поэтому действие смеси ионов превышает сумму действий отдельных ионов

- антагонизм – ионы ослабляют действие друг друга, поэтому действие смеси ионов меньше, чем каждого из ионов

В питательных смесях между отдельными компонентами должен быть антагонизм – в этом случае токсическое действие различных типов ионов на растение взаимно подавляется.

Реакция питательной среды должна находиться в пределах 5,5-6,5.

Концентрацию питательного раствора меняют по мере роста и развития растений. Проростки растений снабжаются питательными веществами за счет запасов семени, поэтому проращивание проводят на питательных растворах низкой концентрации. Во время интенсивного роста вегетативной массы возрастает потребность в азоте, поэтому в смеси нужно увеличить количество азотсодержащих солей. Перед цветением увеличивается потребность в фосфоре и калии, и нужно увеличить концентрацию их соединений в растворе. Для более длительного плодоношения в питательном растворе на 1 часть аммиачного азота должны приходиться 2 и более части нитратного азота.

Глава 6 рост и развитие

1.Рост и развитие растений

1. Понятие роста и развития (примеры роста и развития на различных структурных уровнях организации растительного организма).

Рост- это необратимое новообразование структуры клеток, тканей, органов целого растения, сопровождаемое увеличением их числа, объема.

Развитие- это качественные изменения структуры организма, сопровождаемые превращением уже существующих форм и их функций в другие во времени и пространстве. Возникновение качественных различий между клетками, тканями и органами получило название дифференцировки

Пример: Верхушечная меристема побега формирует новые зачатки листьев и междоузлий – это рост. В ее деятельности происходят изменения и начинают образовываться зачатки цветков или соцветий – это развитие.

2. Фазы роста н развития клетки, их физиолого-биохимические особенности и пути регулирования.

Эмбриональная фаза или митотический цикл клетки

Новая клетка начинает свое существование благодаря меристематической клетке; правильная форма клетки; тонкие клеточные стенки; сплошь заполнены цитоплазмой с крупным ядром; анаэробное дыхание; субстратное фосфорилирование; дочерняя клетка вырастает до размеров материнской; энергопотребность снижена за счет анаэробного дыхания; после роста цитоплазмы переход к делению либо к растяжению.

митотический цикл клетки делится на два периода:собственно деление клетки (2-3 ч) и период между делениями – интерфаза (15-20 ч).Митоз – это такой способ деления клеток, при котором число хромосом удваивается,так что каждая дочерняя клетка получает набор хромосом, равный набору хромосомматеринской клетки. В зависимости от биохимических особенностей различают следующие этапы интерфазы: пресинтетический – G1 (от англ. gap – интервал), синтетический - S и премитотический - G2. В течение этапа G1 синтезируются нуклеотиды и ферменты, необходимые для синтеза ДНК. Происходит синтез РНК. В синтетический период происходит удвоение ДНК и образование гистонов. На этапе G2 продолжается синтез РНК и белков. Репликация митохондриальной и пластидной ДНК происходит напротяжении всей интерфазы.

Фаза растяжения.

Характеризуется значительным увеличением размеров клетки; появляются вакуоли; клеточная стенка растягивается (микрофибрилл целлюлозы); повышенная активность митохондрий; продолжительность 10-20 час.; клетки корня увеличиваются в 10-30 раз, тычиночные нити увел. в 150 раз; лист увел. в 2 раза за несколько суток; новообразование цитоплазмы.

Прекратившие деление клетки переходят к росту растяжением. Под действием ауксина активируется транспорт протонов в клеточную стенку, она разрыхляется, ее упругость повышается и становится возможным дополнительное поступление воды в клетку. Происходит рост клеточной стенки из-за включения в ее состав пектиновых веществ и целлюлозы. Пектиновые вещества образуются из галактуроновой кислоты в везикулах аппарата Гольджи. Везикулы подходят к плазмалемме и их мембраны сливаются с ней, а содержимое включается в клеточную стенку. Микрофибриллы целлюлозы синтезируются на наружной поверхности плазмалеммы. Увеличение размеров растущей клетки происходит за счет образования большой центральной вакуоли и формирования органелл цитоплазмы. В конце фазы растяжения усиливается лигнификация клеточных стенок, что снижает ее упругость и проницаемость, накапливаются ингибиторы роста, повышается активность оксидазы ИУК, снижающей содержание ауксина в клетке.

Фаза дифференцировки клетки.

Образование различных тканей; усложнение и упрощение структуры клеток.

Каждая клетка растения содержит в своем геноме полную информацию о развитии всего организма и может дать начало формированию целого растения (свойство тотипотентности). Однако, находясь в составе организма, эта клетка будет реализовать только часть своей генетической информации. Сигналами для экспрессии только определенных генов служат сочетания фитогормонов, метаболитов и физико-химических факторов (например, давление соседних клеток).

Дифференцировка – возникновение структурных и функциональных различий между клетками, тканями и органами в процессе развития растений. Структурная дифференцировка (различия по морфологическим признакам), Биохимическая (различие в составе белков, в способности к синтезу запасн.в-в.), Физиологическая (различия в функциях)

Детерминация – приобретение клеткой, тканью, органом, организмом способности реализовывать определенные наследственные признаки

Фаза зрелости.

Клетка выполняет те функции, которые заложены в ходе ее дифференцировки.

Старение и смерть клетки.

При старении клеток происходит ослабление синтетических и усиление гидролитических процессов. В органеллах и цитоплазме образуются автофагические вакуоли, разрушаются хлорофилл и хлоропласты, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, ядрышко, набухают митохондрии, в них снижается число крист, вакуолизируется ядро. Гибель клетки становится необратимой после разрушения клеточных мембран, в том числе и тонопласта, выхода содержимого вакуоли и лизосом в цитоплазму. Старение и смерть клетки происходит в результате накопления повреждений в генетическом аппарате, клеточных мембранах и включения генетической програмированной клеточной смерти – PCD (programmed cell death), аналогичной апоптозу у клеток животных.