Основы физиологии растений

Физиология растений в середине XX века стала вполне самостоятельной научной дисциплиной, основными разделами которой являются: учение о фотосинтезе, транспорт веществ, дыхание и обмен веществ, рост и развитие.

Физиология - это раздел ботаники, который требует к себе особого внимания, т.к. именно тут рассматриваются вопросы синтеза биологически активных веществ, являющихся объектом исследования фармации. Отдельные аспекты физиологии растений изучаются в курсах биохимии, микробиологии, биологии, органической химии, фармакогнозии. Тут мы коснемся самых общих сведений физиологии растений, осветив их с позиций чистой ботаники, что позволит студенту систематизировать знания, полученные при изучении других дисциплин.

Понятие о фотосинтезе и питании растений

Процесс фотосинтеза, с той или иной степенью достоверности, описан во многих учебниках и другого рода источниках биологических знаний.

Тут мы остановимся на основных положениях проблемы.

В процессе эволюции растения и некоторые другие организмы приобрели способность использовать для питания «такие полностью окисленные вещества, как углекислота и вода». Процесс этот происходит при наличии особого фотосинтезирующего аппарата, образованного ламеллярными структурами, в мембранах которых синтезируются пигменты типа хлорофилла, благодаря чему организмы имеют возможность использовать для биологического синтеза световую энергию.

Фотосинтез - это процесс, при котором 6 молекул углекислого газа и 6 молекул воды дают одну молекулу глюкозы и 6 молекул кислорода.

Цепи реакций, составляющих процесс фотосинтеза, можно разбить на три основных стадии:

1. Фотофизическая стадия поглощения квантов света пигментами, превращение энергии света в пигментных структурах и передача поглощенной световой энергии «активному центру».

2. Первичные фотохимические реакции, перенос электрона в электрон-транспортной цепи фотосинтеза и сопряженные с ним процессы образования «восстановительной силы».

3. Использование «восстановительной силы» для восстановления углекислоты и синтеза углеводов.

В первые две стадии объединены, так называемые, световые реакции. В этот период в процессе фотоокисления воды выделяется кислород.

На второй стадии образуется «восстановительная сила» - АТФ.

Реакции восстановления углекислоты и синтеза углеводов, происходящие в период третьей стадии фотосинтеза, получили название темновых реакций, т.к. этот процесс не требует аккумуляции энергии света, а идет за счет энергии АТФ, которая образовалась на второй стадии фотосинтеза.

С фотосинтезом у растений непосредственно связан процесс питания.

Второй особенностью питания у растений является их способность усваивать минеральные элементы в виде ионов минеральных солей – NO₃^- _, SO₄^2-_, PO₄^3-_, К⁺ и др. и использование их для синтеза аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, макроэргических соединений, веществ вторичного обмена (алкалоиды, терпены, фенольные соединения, различные витамины, фитогормоны и др.).

Транспорт веществ

Транспорт веществ у растений обеспечивается системой массового потока, представленной ксилемой и флоэмой и осуществляется путем передвижения веществ из клетки в клетку, по клеточным стенкам, по межклетникам.

Передвижение веществ по проводящим тканям называют транслокацией.

Транслокация воды и неорганических веществ идет по трахеидам и сосудам ксилемы. Подъем воды с минеральными веществами по ксилеме обусловлен испарением воды из клеток листа. Это явление называется транспирацией.

Непрерывность столба воды обеспечивается силами сцепления и корневым давлением.

Транслокация органических веществ по флоэме осуществляется по ситовидным клеткам или по членикам ситовидных трубок, 90% потока составляет сахароза. Механизм этого движения, несмотря на существование целого ряда гипотез, до сего времени не выяснен.

Передвижение воды, растворов неорганических веществ, органических веществ по клеткам в каждом конкретном случае имеет свои особенности. Движение воды может осуществляться через апопласт или через симпласт. Для транспортировки воды используется и вакуолярный путь. Апопласт - это система, образованная примыкающими друг к другу клеточными стенками. «Свободное пространство» клеточных стенок, а это 50% объема, заполняется водой. Испарение воды с апопласта и принцип сцепления заставляют двигаться по этой системе воду. В апопласт вода может попасть из ксилемы или из почвы. Симпласт - это система связанных между собой протопластов клеток. Эта связь осуществляется через плазмодесмы. Вода идет по симпласту по градиенту водного потенциала. Из вакуоли в вакуоль вода идет через другие компоненты смежных клеток. При этом она проходит через стенку, плазмалемму, основное вещество и тонопласт по градиенту водного потенциала.

Минеральные элементы и органические вещества поступают в клетки из системы массового потока и передвигаются из клетки в клетку путем диффузии и активного поглощения.