12. Движение растений

Растения в отличие от животных прикреплены к месту своего обитания и не могут перемещаться. Однако и для них характерно движение. Движение растений — это изменение положения орга­нов растений в пространстве, обусловленное разными факторами внешней среды: светом, температурой, силой тяжести, химичес­кими элементами и др.

Движения растений относятся к быстротекущим процессам. В основе движений лежит раздражимость растений. Движения могут иметь и эндогенный характер.

Для цветкового растения свойственно главным образом дви­жение органов путем изгиба, скручивания, откидывания и т. д., т. е. движение органов, неподвижно прикрепленных к субстрату. Среди этих движений есть движения, связанные с изменением тургора в отдельных клетках и тканях, а также с изменением скорости роста различных сторон, частей и органов растений. К первым относятся «сон» растений, обусловленный движением листьев или лепестков, сейсмонастия и другие явления. Ко вто­рым относятся тропизмы и настии.

Тропизмы — это ростовые движения, вызываемые односторон­ним действующим раздражителем (свет, сила тяжести, химичес­кие элементы и др.). Изгибание растений в сторону действующе­го фактора (раздражителя) называют положительным тропизмом, а в противоположную от действующего фактора сторону — отри­цательным.

В зависимости от природы раздражителя, вызывающего изгиб, каждый конкретный тропизм получил соответствующее назва­ние. Если изгиб вызван действием света — фототропизм, силой тяжести — геотропизм, неравномерным распределением воды в почве — гидротропизм, химических соединений (удобрений) — хемотропизм, кислорода — аэротропизм и т. д.

1. Фототропизм

Многолетними исследованиями выяснено, что к органам расте­ний, отклоняющимся в сторону источника света (положитель­ный фототропизм), относятся молодые побеги и листья. Свет оказывает влияния на направление роста корней. Отрицательно фототропны зародышевые корешки растений, усики, гипокотили и другие части растений.

Во время развития растений фототропизм его органов может изменяться. Например, до оплодотворения цветоножки некото­рых растений проявляют положительный фототропизм, а после оплодотворения — отрицательный. Изменение положительное фототропизма на отрицательный у одних и тех же органов может быть вызвано и интенсивностью освещенности. При относитель­но слабой освещенности отмечается положительный, а при силь­ной — отрицательный фототропизм.

Благодаря изгибаньям, обусловленным фототропизмом, орга­ны растений занимают наиболее выгодное положение. В резуль­тате изгибания стеблей возникает листовая мозаика, которая способствует оптимальному использованию света при фотосин­тезе (рис. ).

Способность растении располагать пластинки листьев перпен­дикулярно падающим лучам называют диафототропизмом, а расположение листьев под острым или тупым углом — плагиотропизмом. Листовая мозаика особенно отчетливо видна у тенелю­бивых растении.

Как же осуществляются фототропные движения?

Родоначальником учения о фототропизме считают Ч. Дарвина. Он выяснил, что световое раздражение воспринимается верхушкой, ответная реакция (изгиб) возникает в зоне растяжения, лежащей ниже. Следовательно, клетки, воспринимающие световое раздраже­ние (рецептор), и клетки, отвечающие на это раздражение, про­странственно разобщены. Это дало ему возможность предположить существование веществ, которые синтезируются в одном месте, а передвигаются в другое (типа гормонов у животных).

В 1928 г. физиологи Н. Г. Холодный и Ф. В. Вент независи­мо друг от друга сформулировали гормональную теорию фото­тропизма, которая пользуется всеобщим признанием. В ее осно­ве лежит представление о фототропизме как о процессе, стиму­лирующем перераспределение гормонов в верхушке побега. Одностороннее освещение вызывает электрическую поляриза­цию тканей верхушки: освещенная сторона получает отрицатель­ный заряд, а затененная — положительный. Под влиянием этой поляризации ток гормона смещается на затененную сторону, клетки этой стороны растягиваются сильнее, чем освещенной, в результате получается изгиб в сторону света.

Выяснено, что гормонами, вызывающими рост клеток при фототропической реакции, являются ауксины или -индолилуксусная кислота. На рисунке 133 показана схема движения аукси­на на колеоптиле овса при действии света. При одностороннем действии света на колеоптиль (Б) происходит поперечное перераспределение ауксинов в неосвещенную сторону (б), что и приводит к изгибу колеоптиля (5). В случае, когда поперечный поток ауксина прерывается (Г, в) при действии одностороннего света изгиб не наблюдается (Д). Неравномерное распределение ауксина оказывается очень важным, но не единственным следствием поперечной поляризации.

Возникают также физико-химические различия, связанные с физиологией обмена веществ, в частности с изменением содер­жания сахара и концентрации ионов водорода в клетках осве­щенной стороны. Химическая природа других веществ пока еще неизвестна. В развитие теории Холодного—Вента по данным последних исследований следует признать и роль ингибиторов, их соотношение и баланс с ауксином, что принято во всех процессах, в основе которых лежит рост растений (М. X. Чайлахян, О. Н. Кулаева, 1967).

Исследования показали, что спектр действия фототропизма определяется и качеством света. Фототропизм лучше проявляет­ся в УФ области и в синей части спектра. У семенных растений фототропическая реакция вызывается корот­коволновыми лучами. Фототропическая реакция зависит и от интенсивности освещения: чем слабее свет, тем дольше нужно освещать растения для получения фототропического эффекта. Произведение силы света на продолжительность его воздействия является величиной постоянной. Эта зависимость получила на­звание закона количества раздражения.

Фототропическая чувствительность может не проявиться, если освещать растения сразу сильным светом после их проращива­ния в темноте. Такое же действие оказывают хлороформ и эфир.

В фототропической реакции свет выступает как раздражитель, необходимый лишь для запуска различных физиологических процессов; при этом расходуется малое количество энергии. Для ростовых процессов требуется много энергии.