Как растут растения?
Обновлено: 01.05.2024
Нашу жизнь невозможно представить без растений. Их так много, и они такие разные! Представители царства растений смогли приспособиться к жизни в самых разных условиях, начиная с холодного Севера и заканчивая жаркими пустынями.
Роль растений на Земле
Водоросли и папоротники, деревья и кустарники, мхи и травы появились на Земле миллионы лет назад — гораздо раньше человека. С тех пор они живут в самых разных условиях нашей планеты: в тайге и тундре, в лесу и пустыне, в пруду и море.
Что же такого важного делают для нас растения?
- Меняют качество воздуха. Одна из наиболее важных функций растений — извлекать из атмосферы углекислый газ и выделять кислород, необходимый для дыхания всем живым существам. Более того, растения очищают воздух от болезнетворных микробов и выделяют особые бактерицидные вещества — фитонциды.
- Очищают почвы. В результате разнообразной деятельности человека происходит постепенное загрязнение почв тяжелыми металлами, радиоактивными элементами и прочими токсинами. Растения способны очищать загрязненные почвы, накапливая различные токсичные вещества.
- Защищают от эрозий, засухи и ветров. Листья перехватывают дождевые капли, тем самым несколько смягчая эффект от падения воды на поверхность земли. Корни связывают почву, предупреждая ее вымывание во время сильных ливней. Более того, растения ограждают почву от полного высыхания и выветривания.
Из каких частей состоят растения?
Несмотря на большое разнообразие растительного мира, строение его представителей практически одинаково. Все они имеют корни, стебли, листья, цветки, семена, плоды, и у каждой части растения есть своя четко определенная функция.
Корень
Корень — эта самый нижний фрагмент растения, который, как правило, находится под землей. Благодаря корням растения держатся в почве, поглощают воду и питательные вещества, необходимые для формирования цветков, плодов и семян.
У некоторых растении, например у орхидей, кроме основных корней развиваются воздушные корни, которые поглощают влагу из воздуха
Стебель
Стебель — это наземная часть растения, на которой развиваются боковые ветки, листья, цветки, семена и плоды. Стебель позволяет растению держаться в вертикальном положении. По нему происходит доставка воды и питательных веществ из почвы к листьям растений. У молодого растения чаще всего тонкий стебель зеленого цвета, который со временем деревенеет и становится коричневым. В зависимости от направления роста стебли бывают вьющимися, ползучими, цепляющимися и др.
Почка и листья
Почка — это часть растения, из которой образуются листья или цветы. Разросшиеся почки некоторых растений съедобны, например кочан капусты.
Листья — основной «поставщик» питания растению, так как именно в них происходит процесс фотосинтеза, с которым ты познакомишься в следующем уроке. Листья выделяют кислород, которым мы дышим
Цветки и плоды
Как правило, цветки — самая красивая и заметная часть растений. Это орган, отвечающий за процесс репродукции.
У каждого растения свои плоды, они образуются на месте цветков. Все плоды содержат семена, надежно укрытые от высыхания и повреждений плотной семенной коробочкой.
Фотосинтез: как питаются растения?
Источником энергии всех живых существ является пища. Но ты когда-нибудь видел, чтобы растения жевали пиццу или наслаждались кашей по утрам? Конечно, нет! Ты уже знаешь, что растения питаются иным способом, который называется фотосинтез.
Что такое фотосинтез?
Фотосинтез представляет собой производство зелеными растениями питательных веществ за счет энергии, поступающей от Солнца. Но кроме солнечной энергии растениям нужен и углекислый газ, который они превращают в кислород. С каждым вздохом человека или животного содержание кислорода в атмосфере уменьшается, но растения постоянно пополняют его запасы благодаря фотосинтезу. Этот цикл повторяется вновь и вновь. Без фотосинтеза невозможна жизнь растений, а без растений не существовало бы животных.
С другой стороны, углекислого газа в воздухе не так уж много. Однако его запасы постоянно пополняются за счет не только всех живых существ, которые выделяют его во время дыхания, но и промышленных предприятий и автомобилей, ежечасно выбрасывающих огромное количество углекислого газа в атмосферу.
Важность энергии солнца
Энергия, излучаемая Солнцем, выполняет две очень важные для всего живого функции. Тепловая энергия согревает Землю, тем самым сохраняя и поддерживая температурный режим необходимый для жизни, а световая энергия обеспечивает фотосинтез. Все живое на Земле питается солнечной энергией, преобразованной растениями в пригодную для употребления форму. Травоядные животные поедают растения, тем самым получая энергию Солнца, а хищники, поедая травоядных, также наполняются его энергией. Человек тоже присутствует в этой цепочке Мы получаем энергию из пищи, которую едим. Каждое съеденное яблоко, морковь или кусок мяса снабжают нас энергией Солнца.
Где и как происходит фотосинтез?
Фотосинтез растений происходит в хлоропластах, которые содержатся в клетках плодов и стеблей, но самое большое их количество находится в листьях. В хлоропластах содержится особое вещество — хлорофилл Он улавливает потоки солнечного света и перерабатывает воду и углекислый газ в органические вещества, при этом выделяя кислород в атмосферу.
В течение довольно длительного времени ученые не могли объяснить механизм этого процесса. Изначально они полагали, что все необходимые питательные вещества растения получают из почвы. Однако после ряда опытов был сделан вывод о том, что корни не единственный орган, обеспечивающий жизнедеятельность растений.
Заслуга фотосинтеза в том, что благодаря ему на нашей планете существует огромное количество растении, которые не дают Земле превратиться в мертвую пустыню.
Почему осенью листья листопадных деревьев меняют цвет?
Весной и летом листья на деревьях окрашены в зеленый цвет благодаря наличию хлорофилла. В течение лета листья поглощают солнечный свет и используют его энергию для формирования питательных веществ, т.е. активно участвуют в процессе фотосинтеза. С наступлением осени деревья начинают готовиться к зиме.
Каким образом они это делают?
В основном процесс подготовки заключается в том, что питательные вещества из листьев постепенно перемещаются в ветви, затем в ствол и корень, где и остаются на время зимних холодов. Таким образом, осенью жизнедеятельность в листе постепенно угасает, и хлорофилл частично разрушается. При понижении температуры место хлорофилла занимают пигменты других цветов: желтого, красного, оранжевого, темно-вишневого и многих других.
Растения-исключения
Как и в любом правиле, в процессе фотосинтеза есть исключения. Например, подъельник — растение белого цвета без листьев — обходится без солнечного света и, соответственно, фотосинтеза. Подъельник паразитирует на других растениях за счет микроскопических грибов, т.е. получает питание как от них, так и от растений, в корни которых эти грибы проникли.
Фотосинтез в животном мире
Как выяснилось, одним из немногих животных, которые могут осуществлять фотосинтез, является морской слизень. Но делает он это не совсем обычным образом. Слизень питается водорослями, но переваривает их не полностью. Фотосинтез происходит в непереваренных остатках водорослей, но уже в печени морского слизня. Следовательно, этот моллюск живет за счет глюкозы, получаемой из морских водорослей.
Как мы используем растения?
Со времен глубокой древности люди интересовались растениями, изучали их и использовали для своих нужд. Растения дают человеку пищу, сырье для промышленности, их используют для производства лекарственных препаратов, изготовления мебели и музыкальных инструментов, в качестве строительного материала и т.д.
Растения — источник питания
В древние времена плоды, семена, корни и клубни составляли основу рациона первобытных людей.
Изучая растения, человек научился отличать съедобные от ядовитых. А перейдя к оседлому образу жизни, человек стал сознательно и целенаправленно выращивать те растения, которые нужны ему для поддержания жизнедеятельности. Овощи и фрукты — ради плодов; злаки — ради зерна, которое затем идет на изготовление круп и муки, необходимой для выпекания хлеба и различных кондитерских изделий. Сахарную свеклу и сахарный тростник человек использует для производства сладостей; семена и плоды масличных растений (подсолнечник, лен, оливки), орехи (кедр, кокос, фундук, миндаль и др.) — для получения растительных масел.
Растения — источник сырья
Растения для человека всегда были источником сырья. Древесина, каучук, хлопок, лен, сизаль, целлюлоза, растительные масла, красители — вот далеко не полный список веществ и материалов, которые человек производит и использует для своих нужд. Конечно, в связи с постоянные техническим прогрессом и изобретением синтетических волокон меняются многие сферы применения растений в жизни человека, но, тем не менее, спрос на них не уменьшается. Как и раньше, растения используются в бумажной, пищевой и химической промышленности, а бумага, натуральные ткани, древесина, растительные масла по-прежнему остаются востребованными.
Медицина
На протяжении многих тысяч лет человек использует растения в традиционной медицине. Первые известные свидетельства датируются 2600 г. до н.э.: уже тогда в Месопотамии, одном из древнейших очагов цивилизации, для лечения различных заболеваний использовали такие растения, как пихта, кипарис, сосна, солодка, мирра, плоды инжира, мак и многие другие.
Растения и музыкальные инструменты
Оказываете, растения очень важны и для мира музыки! Конечно, в данном случае речь идет не обо всех растениях, а о породах деревьев с ярко выраженными акустическими свойствами, т.е. тех, скорость распространения звука в древесине которых самая высокая. Традиционно для производства музыкальных инструментов используются только такие деревья. И растут они по всему миру: в тропическом полярном и умеренном климате.
Наиболее подходящими для изготовления струнных инструментов являются хвойные породы деревьев: сибирский кедр, ель, пихта, причем лучшей считается белоснежная ель, выращиваемая в Альпах.
Производство высококачественных музыкальных инструментов — очень долгий процесс. Например, естественная предварительная сушка ели длится минимум 10 лет. Только после этого древесина становится пригодной для изготовления музыкального инструмента
Уникальными акустическими характеристиками обладает индийское черное дерево. В основном из него изготавливают гобои и кларнеты, а также многие детали и узлы различных музыкальных инструментов
Как растут растения?
• Рост у растений происходит в апикальных точках роста
• Развитие растений продолжается после прохождения эмбриональной стадии
• Рост растений зависит от окружающей среды
Основная и наиболее очевидная особенность растений состоит в том, что они не ходят, не ползают и не плавают, а растут в пространстве.
Когда мы, люди, растем, количество клеток в нашем теле увеличивается более или менее равномерно. Все наши органы и конечности растут пропорционально, и мы, взрослые, являемся большими по размерам копиями тех форм, которые были характерны для нашего детского возраста. Растения ведут себя по-другому.
Вместо того чтобы расти равномерно во всех направлениях таким образом, чтобы все части в равной степени участвовали в увеличении размера, они растут только в нескольких специальных точках, которые на протяжении всей жизни растения остаются «юными».
Эти точки называются меристемы. На рисунке ниже показано расположение меристем в растении. «Первичные» или «апикальные» меристемы находятся на кончиках корней и на верхушках побегов и представляют собой места наиболее активного деления клеток, поскольку для процесса роста необходимы новые клетки. В результате образования новых клеток меристемы отдаляются от старых частей растения.
Благодаря этому корни глубоко распространяются в почву, а побеги — в атмосферу, к солнечному свету. Материал первичной меристемы формирует растение в высоту, а в результате деления клеток «вторичной» меристемы (называемой «камбий»), расположенной по сторонам зрелых корней и стеблей, они увеличиваются в обхвате.
Деление клеток, за счет которого происходит рост растений,
ограничивается специальными небольшими участками (меристемами),
которые расположены на кончиках корней и побегов.
Строение меристем показано на врезках.
Для того чтобы сформировалось растение, рост первичных меристем должен иметь определенную направленность. Беспорядочный рост приведет к образованию массы неорганизованной ткани. Поэтому, рост происходит вдоль направления оси, проходящей от корней до верхушки. Это основная ось роста, вдоль которой формируются все боковые органы растения (например листья и цветы).
Участки этой оси, расположенные над землей и в глубине, обладают различными функциями. Верхушка растет вверх, т. е. направлена против силы тяжести, к свету. При этом листья могут быть повернуты к солнцу, а цветы подвергаются действию света и могут посещаться насекомыми. С противоположной стороны, корни растут в направлении силы тяжести, в сторону, противоположную свету. Находясь в почве, они прочно укрепляют надземные части растения и поглощают воду и минеральные вещества, необходимые для роста.
По мере того как апикальная меристема на верхушке растения растет вверх, а на корнях вниз, эти две точки роста расходятся все дальше и дальше. При этом возникает несколько чисто механических проблем. Для транспортировки к корням питательных веществ, образующихся в листьях, и для транспорта воды и минеральных солей в обратном направлении необходимы специальные проводящие каналы.
Наряду с этим, по мере роста растения, часть его, расположенная между двумя точками роста, должна укрепляться, с тем чтобы обеспечить структурную поддержку постоянно продвигающимся концевым участкам. В дальнейшем мы увидим, как специальные утолщения клеточных стенок укрепляют образующиеся новые участки стебля растения и позволяют им противостоять нагрузкам, связанным с дальнейшим ростом.
Поскольку организм растений отличается от такового животных, их рост в гораздо большей степени зависит от окружающей среды. Рост и/или его направление у растений существенным образом зависят от силы тяжести, температуры, продолжительности светового дня и направления света. Таким образом, если общее строение тела животного можно представить уже в эмбриональном периоде, строение растения отличается гораздо большей пластичностью; оно продолжает развиваться в ответ на изменение внешних условий, и форма его меняется за счет образования ветвей, а также цветов и листьев.
Такая способность к адаптации за счет специфического расположения органов зависит от способности растения к непрерывному росту. Еще одно следствие способности растений поддерживать рост меристемных точек состоит в том, что они могут достигать больших размеров и жить дольше, чем любое животное, которое когда-либо существовало на Земле. Например, вес гигантских деревьев, растущих в Северной Америки, может достигать 2000 тонн, а их высота более 100 метров (~330 футов). Возраст таких деревьев может насчитывать несколько тысяч лет.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
• Локальное отложение материалов клеточной стенки позволяет клеткам растений формировать длинные отростки
• В клетках, находящихся в точках роста, актиновые филаменты и микротрубочки обычно располагаются параллельно направлению роста побега
• Пучки актиновых филаментов направляют движение везикул к верхушке растения, где в процессе роста они сливаются с плазматической мембраной
• Количество и локализация клеток, способных образовывать точки роста, вероятно, находится под контролем микротрубочек
• Чтобы получить доступ внутрь растения симбиотические бактерии переключают на себя рост верхушки корневого волоска
Мы выяснили, что основные аспекты метаболической машины клеток растений посвящены синтезу компонентов клеточной стенки, которые постепенно добавляются к растущим боковым стенкам элонгирующих клеток. Такая форма диффузного роста представляет собой основной механизм формообразования растущих клеток растений, но не является единственной.
Некоторые специализированные клетки ограничивают рост небольшой площадью, позволяя формировать узкие отростки, у которых растет только верхушка. В таких точках роста клетки организованы совершенно по-другому, по сравнению с теми, которые участвуют в общей элонгации.
Верхушечный рост обеспечивается локальным характером доставки и слияния секреторных везикул,
содержащих предшественники клеточной стенки, выделенные красным цветом.
Постоянный процесс слияния везикул с плазматической мембраной на конце выроста обеспечивает его рост,
вызывая удлинение бокового выроста при его неизменном диаметре.
Образование точек роста возможно благодаря локальной доставке предшественников клеточной стенки. Как показывает название, при удлинении отростка предшественники клеточных стенок и мембран доставляются только на самую его верхушку, имеющую форму конуса. В результате происходит удлинение клетки за счет удлинения ее боковых стенок, которое во много раз может превышать исходную длину.
Такой рост характерен для формирования корневых волосков и пыльцевых трубок. Как показано на рисунке ниже, развитие корневого волоска начинается с выпячивания на апикальном конце специализированной клетки эпидермиса (трихобласта), расположенной в зоне дифференцировки. Тонкие белые волоски, растущие перпендикулярно корню, существенно увеличивают площадь его поверхности, что способствует поглощению воды и ионов.
Образование пыльцевой трубки обеспечивает растительной клетке некую форму подвижности, которая необходима в некоторых критических условиях. У растений оплодотворение происходит после того, как пыльца от мужского цветка, с помощью насекомых или ветра, переносится на рыльце пестика женского цветка, который служит для нее как бы приемной антенной. Часто рыльце достигает больших размеров, что увеличивает вероятность получения пыльцы. Многие его части располагаются на некотором расстоянии от семязачатков цветка, содержащих яйцеклетки.
Имеющиеся на пыльцевых трубках точки роста позволяют им добраться до семязачатка. Как представлено на рисунке ниже, растущая пыльцевая трубка направляется вниз по рыльцу к семязачатку, куда она доставляет мужские гаметы, которые сливаются с яйцеклеткой, образуя диплоидный эмбрион. На рисунке ниже представлена частица пыльцы, которая образовала пыльцевую трубку.
Клетка в точке роста сильно поляризована. В то время как ее тело и большая часть отростка заняты вакуолями, сама точка роста и примыкающая к ней область заполнены цитоплазмой. В отростках присутствуют актиновые филаменты и микротрубочки, и, в отличие от общей элонгации клеток растений, они часто ориентированы параллельно направлению роста верхушки. На рисунке ниже показана ориентация актиновых филаментов в направлении роста верхушки.
В случае актиновых филаментов и микротрубочек, все филаменты имеют одинаковую полярность, и их быстрорастущие (плюс) концы располагаются ближе к кончику отростка. При такой организации цитоскелет обеспечивает доставку секреторных гранул на растущий кончик отростка. Молекулы миозина, связанные с поверхностью везикул, обеспечивают текучесть цитоплазмы, транспортируя везикулы в область, расположенную сразу же за точкой роста, где заканчиваются актиновые филаменты. Транспорт осуществляется вдоль стенок растущей трубки, и на конце везикулы сосредоточиваются в центре.
Этот процесс называется обратным фонтанирующим потоком. Как показано на рисунке ниже, на конце накапливается такая высокая концентрация везикул, которая исключает присутствие других органелл. Слияние везикул с плазматической мембраной обеспечивает дальнейший рост трубки. Поскольку актиновые филаменты играют основную роль в доставке везикул, они постоянно должны расти на конце трубки, чтобы дать ей возможность удлиняться.
Считают, что градиент ионов кальция, который образуется на конце пыльцевой трубки, регулирует связывание нескольких белков с актином. Это обеспечивает появление новых свободных концов филаментов, необходимых для полимеризации актина.
По сравнению с актином, роль микротрубочек в верхушечном росте менее понятна. Если в момент роста корневых волосков к ним добавить вещества, деполимеризующие микротрубочки, волоски продолжают расти зигзагообразно и в некоторых случаях даже формируют множественные точки роста. Поскольку любой рост трубочек свидетельствует о том, что доставка везикул продолжается, эти результаты позволяют предполагать, что микротрубочки как-то участвуют в пространственной координации верхушечного роста, однако не играют роли в процессах движения и слияния везикул.
Симбиотические азотфиксирующие бактерии проникают в овощные растения через растущие корневые волоски. Как показано на рисунке ниже, при прикреплении бактерии к корневому волоску он скручивается вокруг нее, напоминая пастушеский посох. Попав в такую ловушку, бактерия проникает в волосок. Рост его конца прекращается, и волосок поворачивается на себя в обратном направлении (напоминая вывернутый наизнанку палец на резиновой перчатке), образуя «инфекционную нить», которая тянется вдоль и проникает в клетку.
Для того чтобы вызвать такой искаженный рост, бактерии должна как-то реорганизовать процессы, связанные с доставкой везикул и их слиянием на конце волоска. При появлении инфекционной нити в теле клетки растения запускается цепь делений, в результате которых образуется клубенек, внутри которого поселяются колонии бактерий, снабжающие растение источниками связанного азота.
Слева представлен участок корня Arabidopsis.
В процессе дифференцировки формируются корневые волоски, которые распространяются в стороны от поверхности корня.
Показано образование волоска. Каждый волосок представляет собой продукт вытягивания отдельной клетки. Верхушечный рост обеспечивает некоторым клеткам растений определенную подвижность.
При опылении частицы пыльцы, захваченные цветком, образуют вырост за счет верхушечного роста достигающий яйцеклетки.
Длина выроста может во много раз превышать размер частицы пыльцы. Частица пыльцы, образовавшая пыльцевую трубку.
Сама частица представляет собой небольшую гранулу, которая на рисунке видна вверху слева.
Длина пыльцевой трубки может во много раз превосходить размеры самой пыльцевой частицы. На верхней фотографии показан растущий конец корневого волоска.
На нижней представлена та же область другого волоска,
актиновые волокна в котором содержат флуоресцентную метку.
Волокна ориентированы по длине. Фотография внутренней части растущего конца корневого волоска.
В этой части сконцентрированы секреторные везикулы, которые транспортируются с участием актинового цитоскелета.
Высокая концентрация везикул исключает присутствие в этой области других органелл, таких как митохондрии.
Везикулы постоянно сливаются с плазматической мембраной, обеспечивая рост. Последовательность событий, иллюстрирующая,
как симбиотические бактерии изменяют характер роста корневого волоска с тем,
чтобы проникнуть внутрь корня.
Как растут и развиваются растения?
На Земле существует большое количество разных растений. Это водоросли, травы, кустарники, деревья. Водоросли относятся к низшим растениям. Все остальные считаются высшими — у них есть корни, стебли, листья. В основном это наземные растения.
Растения — это неотъемлемая и важная часть живого мира. Они окружают нас повсюду и дают питание всем животным. Человеку они также предоставляют все необходимое для жизни: кислород, пищу, строительные материалы, одежду. Только растения способны создавать органические вещества из углекислого газа и воды с помощью световой энергии. А еще они забирают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород, необходимый нам для дыхания. Благодаря растениям кислород в воздухе никогда не заканчивается. Поэтому растительный мир Земли часто называют легкими нашей планеты.
Мало кто знает, что растения тоже дышат, питаются, чувствуют, двигаются. И в мире растений также ведется напряженная борьба за существование. И сегодня, несмотря на огромный объем знаний, удивительный мир растений хранит еще много тайн и загадок.
Как растут бананы?
Банан — на самом деле гигантская трава. Высота ее составляет 3—4 м, а на стебле могут созревать 250—300 плодов. Одна ветка с плодами может весить более 50 кг. Ствол этой необычной травы находится под землей, а надземная часть образована листьями. Плоды срезают зелеными, а дозревают они в специальных помещениях. После уборки урожая видимая часть растения отмирает. А на следующий год все повторяется вновь.
Растения — это живые организмы, которые образованы множеством маленьких растительных клеток. Они во многом схожи с животными клетками, но имеют и существенные отличия.
Так, растительная клетка, в отличие от животной, ограничена прочной клеточной стенкой, состоящей из целлюлозы. В растительных клетках также имеются органеллы — лейкопласты, хлоропласта и хромопласты, которых нет в животных клетках. Эти крупные тельца, хорошо видимые под световым микроскопом, называют пластидами. Пластиды каждого типа имеют свое строение и выполняют определенные задачи.
Лейкопласты находятся в клетках неокрашенных частей растений (плодов, семян, корней). В них откладывается крахмал, запасаются белки, а иногда и жиры. На свету лейкопласты превращаются в хлоропласты. Так, позеленение на свету клубней картофеля вызывается перестройкой их лейкопластов в хлоропласты.
Хромопласты находятся в клетках плодов, корнеплодов и цветков и придают им красную, желтую или оранжевую окраску. Яркая окраска цветков привлекает насекомых-опылителей, а плодов — животных и птиц, способствующих распространению семян. Они обладают цветовым зрением и хорошо видят яркие цвета. Хромопласты — это конечный этап развития пластид; в них могут превращаться лейкопласты и хлоропласты, тогда как сами хромопласты в другие виды пластид превращаться не могут.
Все растения Земли ежегодно образуют более 100 млрд. тонн органических веществ и выделяют в атмосферу около 145 млрд. тонн кислорода, так что это настоящие живые заводы по выработке кислорода.
Растения, как правило, неподвижны. Часть пищи для поддержания жизнедеятельности и строительства собственного тела они получают из земли с водой при помощи своих корней. Также растения умеют эффективно использовать солнечную энергию. Для этого в них имеется особое вещество — хлорофилл.
Как и практически все живые организмы, растения круглые сутки нуждаются в кислороде. Днем они используют «свой» кислород, полученный в результате фотосинтеза, а ночью — добывают его из воздуха. Однако в целом растения используют кислорода меньше, чем выделяют.
Что такое фотосинтез?
В процессе фотосинтеза растения поглощают из атмосферы углекислый газ, а из почвы — воду, затем с помощью солнечной энергии образуют органические вещества (сахара) и выделяют кислород. Это единственный процесс на Земле, в ходе которого световая энергия солнца способна накапливаться и храниться в первичном органическом веществе. Это вещество используют травоядные животные, а через них — и хищные. Значит, вся пища на нашей планете образуется благодаря фотосинтезу. Таким образом, фотосинтез является основой жизни на Земле. Все дальнейшие превращения веществ и энергии в растениях и животных представляют собой перестройки, перекомбинации и переносы вещества и энергии первичных продуктов фотосинтеза.
Как же происходит фотосинтез? Хлоропласта, находящиеся в растительных клетках, содержат хлорофилл. Он поглощает энергию солнечных лучей. Через маленькие отверстия — устьица — в листья проникает углекислый газ. Корни поглощают из почвы воду, и по стеблю она доходит до листьев. Энергия солнца превращает воду и углекислый газ в сахар и кислород.
Жизненный цикл растений
Жизненный цикл растений представляет собой чередование бесполого поколения — спорофита и полового поколения — гаметофита. Обычное растение, состоящее из корня, стебля, листьев, цветка, — это спорофит.
Растения, имеющие цветки, называются цветковыми. Зеленые чашелистики и венчик из лепестков цветка служат защитой для тычинок и пестика. Тычинки — мужские части цветка, а пестик — женская. Пестик состоит из завязи, столбика и рыльца. Тычинки вырабатывают пыльцу, она по столбику попадает в завязь, где происходит оплодотворение и образуется семечко. Из завязи образуется плод, который одновременно защищает семя и позволяет ему распространяться.
У цветковых, или покрытосеменных, растений гаметофит находится в завязи цветка. Женский гаметофит представлен зародышевым мешком, в котором находится яйцеклетка. Мужской гаметофит образуется при прорастании пыльцы. Он состоит из одной вегетативной и одной генеративной клеток — спермиев. Когда два спермин из пыльцевого зерна (мужского гаметофита) прорастают до зародышевого мешка (женского гаметофита), образуется эндосперм. Один спермий оплодотворяет яйцеклетку, при этом образуется зигота, а второй сливается с центральной клеткой зародышевого мешка, создавая первичную клетку эндосперма, которая развивается в эндосперм. Такой процесс называется двойным оплодотворением. Оплодотворением яйцеклетка дает начало новому поколению растения — спорофиту.
Голосеменные растения, как, например, папоротники, размножаются спорами. То, что мы считаем листьями папоротника, на самом деле побеги, которые называют вайи. На нижней стороне каждой вайи можно заметить маленькие округлые образования, под которыми кучками располагаются спорангии, содержащие споры. Зрелые споры высыпаются и разносятся ветром. Из споры вырастает крошечное растеньице, которое выглядит как сердцевидная пластинка. Это заросток, являющийся гаметофитом, в котором развиваются половые клетки — сперматозоиды и яйцеклетки. После слияния половых клеток образуется одна клетка — зигота. Из нее развивается новый спорофит, который вырастает во взрослое растение — зрелый спорофит, то есть папоротник.
Основы растениеводства: как растут растения?
Растения растут проходя 10 стадий роста. Фото: Youtube Растения растут проходя 10 стадий роста. Фото: Youtube
Огородники и садоводы-любители выращивают растения из года в год, не задумываясь о базовых принципах растениеводства, а зря! Знание о том, как растут растения поможет создать благоприятные условиях для зелёных питомцев, улучшить урожайность и облегчить уход за ними. Век живи — век учись!
Предлагаем вашему вниманию научные основы роста и развития растений, в дополнение к вашему багажу знаний и опыта. Сведения, приведенные в статье, помогут лучше «понять» растения и выращивать их осознанно.
Что такое рост растений
Рост растений — процесс образования клеток, тканей, органов растений, который сопровождается увеличением объема, массы и размеров. При росте растений формируются новые почки, листья и побеги, увеличивается высота растений, толщина стволов и листьев, размеры побегов.
Растут растения незаметно для глаза человека, особенно при хранении, когда у растений идет процесс образования почек.
В научном растениеводстве принято выделять 10 фаз роста и развития растений.
1. Семена в покое. У семени процессы жизнедеятельности сильно замедлены.
2. Набухание семян. При набухании семена активно поглощают влагу, увеличиваются в размерах, а внутри семени идет активная деятельность ферментов, превращающих органические запасы питательных веществ в простые и доступные для зародыша растения. Начинается процесс дыхания — семена требуют повышенное количество кислорода.
3. Прорастание семян. При прорастании семян начинается активная деятельность зародыша, образуется корешок, выступающий за пределы семенной оболочки. Для успешного прорастания семени необходима определенная температура, индивидуальная для каждого вида растения. Например, семена редиса, моркови, брюквы, салата и других холодостойких растений прорастают при температуре °C; семена фасоли, сахарной кукурузы, клубни картошки прорастают при °С; семена дыни, арбуза, баклажана при °С. Если тепла недостаточно для прорастания семян, семена приостанавливают рост и могут загнить.
Четвертая и пятая фазы роста растения: слева - всходы, справа - рост листьев и корней. Фото:
4. Всходы. Всходы — четвертая фаза роста растений, в это время над поверхностью почвы появляются семядольные листья. К моменту появления всходов истощаются запасы питательных веществ внутри семени. Растение переходит на самостоятельное питание: листья поглощают углекислый газ из воздуха, а корни питательные вещества из почвы. В фазе всходов растению становится необходим весь комплекс факторов роста — влага, воздух, оптимальная температура и свет. Освещенность в момент появления всходов играет главную роль — при недостатке света растение может погибнуть, так и не перейдя на следующую стадию роста.
5. Рост листьев и корней. В фазе роста корней и листьев растение формирует мощную корневую систему и увеличивает поверхность листьев. В это время происходит накопление питательных веществ в различных органах растения: клубнях, корнеплодах, луковицах, кочанах, ягодах и др. Плодовые овощные растения в фазе роста листьев и корней накапливают в стеблях и листьях достаточное количество питательных веществ, которые пригодятся при формировании органов размножения.
6. Рост стебля и боковых побегов. Переходя в фазу роста стебля и боковых побегов, растение расходует большое количество питательных веществ, накопленных в фазе роста листьев и корней для роста стебля и усвоения питательных веществ. Это очень важная фаза. Образование стеблей и ответвлений у плодовых овощных растений сопровождается формирование органов размножения. Двулетние и многолетние растения переходят к этой фазе на второй год жизни, а однолетние — в год посадки. У двулетних растений шестая фаза может происходить в первый год, в это время наблюдается образование цветоносов, тоже происходит и у однолетних растений, когда они «перескакивают» фазу формирования продуктовых органов (редис, шпинат, салат).
7. Бутонизация — седьмая фаза роста растений, период когда на растениях образуются бутоны. Бутонизация сопровождается активным ростом листьев на появляющихся стеблях.
8. Цветение — восьмая фаза роста растений, наступающая после распускания бутонов. Во время цветения процесс образования корней и листьев замедляется. Цветение — период опыления цветков. У большинства растений перенос пыльцы с цветка на цветок выполняют пчелы и другие насекомые. После оплодотворения семяпочек цветки усыхают или опадают.
9. Рост плодов — девятая фаза роста растений. В фазе роста плодов оплодотворенная завязь разрастается и увеличивается в размерах, в плодах формируются семена и накапливаются питательные вещества. Рост плодов завершается по достижении максимальных размеров для вида и сорта растения.
10. Созревание плодов — десятая фаза роста растений, во время которой плоды не увеличиваются, но в них происходят физиологические процессы роста. В фазе роста плодов семена приобретают характерную для растения окраску и достигают полной спелости.
Знание фаз роста растений помогает скорректировать агротехнические мероприятия и ухаживать за растениями с максимальной пользой для них.
Продолжительность жизни растений
Овощные растения принято делить на три группы по продолжительности периода жизни.
1. Однолетние растения — растения, успевающие пройти все фазы роста и развития за один год. Когда все «земные дела» выполнены, однолетние растения отмирают. Все плодовые растения, а также шпинат, салат, редис, пекинская и цветная капуста, укроп и др., относят к однолетним растениям при выращивании умеренном климате.
2. Двулетние растения — растения, формирующие листья, корнеплоды, клубни, луковицы, кочаны, стеблеплоды в первый год жизни, оставляющие формирование цветоносов, плодов и семян на второй год жизни. Чтобы размножать двулетние растения, клубни, корнеплоды, луковицы, кочаны вместе с корнями хранят зимой в хранилище, а на следующий год высаживают в открытый грунт. Примеры двулетних овощных растений: морковь, редька, репа, свёкла, сельдерей, петрушка, белокочанная, савойская и брюссельская капуста.
Картофель, в умеренном климате выращивают как двулетнее растение. Фото: Википедия
3. Многолетние растения — растения, формирующие в первый год жизни мощные корни и листья, но не образующие плодов и семян. Образование плодов и семян у многолетних растений происходит на второй, третий год жизни и продолжается много лет. Примеры многолетних овощных растений: ревень, спаржа, хрен, лук-батун, щавель.
Отметим, что все три группы растений подразделяют условно, ведь на родине (там где растение растет в дикой природе) многие привычные нам однолетние растения прекрасно растут в многолетнем режиме, например: томаты (помидоры), сладкий перец, базилик, майоран и др.
Даже в пределах одного вида растений, продолжительность жизни может быть сортовым признаком, например некоторые сорта редьки (Ремо, Штутгартская) формируют семена за один год жизни, хотя редька считается типичным двулетним растением.
Состояние покоя у растений
Тепло — важнейший фактор роста растений, поэтому летом начинается активная жизнедеятельность у овощных растений, замедляющаяся при наступлении холодной погоды и сокращении светового дня.
Когда растение переходит в состояние покоя все процессы: фотосинтез, дыхание, транспирация, испарение воды листьями; затормаживаются и приостанавливаются. В покое, в клетках растений происходят изменения: уменьшается количество влаги, протоплазма клеток становится более вязкой, простые органические вещества превращаются в более сложные и откладываются в запас. Состояние покоя помогает растениям переносить неблагоприятные условия, складывающиеся при смене времен года.
Однолетние овощные растения переходят в состояние покоя при созревании семян, из которых при благоприятных условиях могут сформироваться новые растения.
Двулетние растения могут переходить в состояние покоя после образования продуктовых органов запаса (овощей) — корнеплодов, клубней, луковиц, корневищ, кочанов.
Картофель выходит из глубокого покоя через 3-4 месяца. Фото: Mathias Karlsson, 2006
Находясь в глубоком покое, растения не могут расти даже при благоприятных условиях, например, картофельные глазки не пробуждаются даже если их после выкопки посадить в теплицу. В хранилище клубни картофеля могут прорастать в январе-марте, но не прорастают из-за низкой температуры. Период, когда растения способны к прорастанию, но условия этому не благоприятствуют, принято называть периодом вынужденного покоя.
Состоянием покоя растения можно управлять. Чтобы ускорить наступление покоя, растения перестают поливать, подкармливать азотными удобрениями, подрезают корни.
Чтобы ускорить выход растения из состояния покоя прибегают к выгонке. При выгонке луковицы репчатого лука купают в тёплой ванне, с температурой +40 °C, а картофельные клубни обрабатывают химическими растворами (тиомочевина, этиленхлоргидрин, роданистый натрий), воздействуют стимуляторами роста — гетероауксином, гиббереллином, этрелом.
Необходимость выгонки наступает при выращивании семян у двулетних растений. Поэтому маточники прикапывают на утепленных участках почвы за дней до высадки на постоянное место. Подращивание маточников улучшает созревание семян у растений с длинным вегетационным периодом.
Ускорение образования плодов и семян
Под воздействием тепла растения проходят первую, температурную стадию, называемую чаще всего яровизацией. Яровизация начинается после прорастания семени. У холодостойких растений (капуста, салат, все корнеплодные растения, шпинат) яровизация протекает при температуре °C, у репчатого лука — при °C.
Чтобы ускорить формирование плодов и семян, маточники этих растений в течение определенного времени необходимо хранить при указанной температуре. Если таких условий не будет, растения не перейдут к образованию стеблей, цветков и семян.
Это свойство растений используют при вегетативном размножении репчатого лука. С этой целью луковицы, предназначенные для посадки, хранят при температуре, при которой процесс яровизации пройти не может (-1 — + 1 °C или выше +18 °C).
У томатов, огурцов, фасоли и других теплолюбивых культур яровизация протекает при температуре, которая является благоприятной для роста.
Световая стадия — вторая стадия развития плодов и семян, реакция растений на продолжительность светлого и темного периодов суток.
Растения длинного дня, развивающиеся и переходящие к формированию плодов при световом дне более 12 часов, например: салат, все корнеплодные растения, капуста, шпинат и др. При выращивании в условиях короткого дня (световой день менее 12 часов в сутки) образование цветоносных стеблей и стрелок у растений длинного дня задерживается. Поэтому, при выращивании редиса, салата, шпината в парниках, световой день искусственно сокращают до
Арбуз и баклажан никак не реагируют на продолжительность светового дня, поэтому их называют нейтральными.
Продолжительность периодов жизни растения
Цветы редиса красивые, но есть их не будешь. Чтобы редис не ушел в цветуху, сокращают световой день. Фото: Brian Delaney
По продолжительности периодов, стадий, жизни растения принято делить растения на кратко-стадийные и длинностадийные. У кратко-стадийных, скороспелых растений, каждая стадия продолжается суток (шпинат, редис, салат), а у длинностадийных — суток (капуста, петрушка, морковь, сельдерей, брюква).
Продолжительность прохождения стадийных изменений у растений бывает различная. У короткостадийных изменения происходят за (салат, редис, шпинат), у длинно-стадийных — за 120 и более суток (морковь, петрушка, сельдерей, поздние сорта капусты, брюква и др.). К средне-стадийным растениям относят столовую свеклу, репчатый лук, репу, редьку и др.
Продолжительность вегетационного периода, сроки наступления цветения и плодоношения у однолетних, двулетних и многолетних растений зависят от скорости прохождения ими отдельных периодов роста и развития. Изменяя почвенно-климатические условия и способы культуры, можно удлинять или укорачивать жизнь растений.
Влиянием продолжительности температурной и световой стадий объясняется образование цветоносных стеблей (стеблевания) у двулетних растений в первый год их выращивания, а также задержка появления цветоносов при семеноводстве двулетних овощных растений после высадки маточных растений в поле.
Понимание биологической сущности процессов, протекающих в растениях, позволяет овощеводу управлять ростом и развитием растений.
Читайте также: