Влияние качества света на рост растений

Стимулятором или ингибитором роста рас­тений может быть и свет. Большое значение имеет качественный, спектральный состав све­та. В солнечном спектре выделяют обычно 6 участков, имеющих различную окраску: фиоле­товый, синий, зеленый, желтый, оранжевый, красный. Рассмотрим влияние на рост расте­ний синего, зеленого, красного света.

Для опыта нужны растения салата листо­вого, редиса посевного, укорененные черен­ки бегонии вечноцветущей, камнеломки отпрысковой, хроматические камеры (50х50х х50 см), стержни к шариковым ручкам (си­ние, зеленые, красные), ацетон, небольшие по­ролоновые тампоны для окрашивания стекол.

Для изучения роста растений в условиях освещения красным, зеленым, синим светом необходимы 4 хроматические камеры, про­пускающие свет определенных спектральных участков. В качестве хроматической камеры можно использовать готовые стеклянные аква­риумы, либо изготовить их на основе деревян­ного каркаса из стекла. Использовать аквари­умы в качестве хроматических камер лучше в том случае, если опыт проводится в лабора­тории. При проведении опыта в полевых усло­виях нужны специальные хроматические ка­меры (рис. 16), в которых предусмотрена система вентиляции.

Окрасить стекла можно пастой шариковых ручек, которую слегка разводят ацетоном и наносят на стекла поролоновым тампоном.

91

В опыте 4 варианта: I — растения, выращиваемые под сини­ми стеклами, II — под зелеными, Ill — под красными, IV — под неокрашенными (конт­роль). В каждую камеру помещают по 3 растения.

Растения в фазе проростков или неболь­шие укорененные че­ренки бегонии вечноцветущей накройте хроматическими каме­рами. Через 1—2 ме­сяца сравните длину главного побега, сред­нюю длину междоуз­лий, количество и размеры листьев.

Рис. 16. Хроматическая камера (вид в разрезе):

1 — навесы из полосок клеенки, 2 — цветное стекло, 3 — щели для вентиляции

 

Наблюдения показывают, что растения, выросшие под красным, зеленым, синим свето­фильтром, отличаются по скорости развития и формирования стебля и листьев от рас­тений, находившихся при естественном ос­вещении или в камере с неокрашенными стеклами.

Синий свет вызвал торможение роста стеб­ля, но не оказал влияния на количество и площадь листьев. Зеленый свет способствовал вытягиванию стеблей. Растения этого вариан­та имели мало листьев, площадь их пластинок уменьшилась. При освещении красными луча­ми тоже наблюдалось усиление линейного рос­та, уменьшение площади листьев, быстрое от­мирание нижних

92

листьев. Растения контрольного варианта, освещавшиеся естественным солнечным светом, по длине стебля занимали промежуточное положение между растения­ми, выросшими на синем и красном свету, но имели более развитую листовую поверхность, большее количество цветков.

Результаты опыта свидетельствуют, что условия освещения оказывают регуляторное воздействие на рост растений (рис. 17).

При анализе результатов опыта необходимо учитывать, что свет в жизни растений выпол­няет 2 важные функции: энергетическую и регуляторную. Энергия света, поглощенного хло­рофиллом и вспомогательными пигментами (у высших растений—каротиноидами), расходуется в процессе фотосинтеза на обра-

 

Рис. 17. Растения гороха, развивающиеся одинаковое количество времени в белом (а), синем (б) и оранжевом (в) свете

93

зование органических веществ из неорганиче­ских. Максимумы поглощения света хлорофил­лом расположены в сине-фиолетовой и красной частях спектра, каротиноидов — в синей. Накопление органического вещества прямо пропорционально количеству поглощенной све­товой энергии, поэтому освещение растений зелеными лучами, мало поглощаемыми хлоро­филлом, неблагоприятно для фотосинтеза и образования необходимых для ростовых про­цессов органических веществ.

Вторая функция света — регуляция про­цессов роста и развития. В этом случае свет поглощается не хлорофиллом, а другими пиг­ментами: синий свет—флавинами, красный— фитохромом.

Реакции фоторегулирования могут осущест­вляться с помощью очень малого количества пигмента, поглощающего ничтожную часть падающего солнечного излучения. Влияние света на онтогенез растений многообразно. Он регулирует прорастание семян, образо­вание листьев, корней, цветков, листопад, пере­ход почек в состояние покоя. Синие, фиолето­вые, ультрафиолетовые лучи стимулируют процессы деления клеток, но подавляют их рост в фазе растяжения, что приводит к за­держке роста растений в высоту. Подавление растяжения клеток обусловлено, с одной сто­роны, сильным возрастанием количества ин­гибиторов роста, а с другой, —уменьшением содержания ауксинов в результате его фото­разрушения. Поэтому растения, выращенные в условиях освещения исключительно синим светом, имеют приземистую, часто розеточную форму.

94

Оконное стекло задерживает ультрафиоле­товые лучи. Поэтому растения, выросшие в хроматической камере с неокрашенными стек­лами, имеют более вытянутые стебли по сравнению с растениями, растущими вне камеры.

Красный свет подавляет процессы деления клеток, но стимулирует их растяжение. Это приводит к усилению линейного роста растений, вытягиванию стеблей и междоузлий. Растения, выращенные на красном свету, могут внешне напоминать этиолированные, т. е. выросшие без света растения.

Зеленые лучи тоже выполняют опреде­ленные функции в образовании и активации ферментов. Поэтому гармоничный рост расте­ний возможен только в условиях освещения белым светом, который, как известно, содер­жит все участки солнечного спектра, от ульт­рафиолетового до дальнего красного: фиоле­товый, синий, голубой, зеленый, желтый, оран­жевый, красный.

Оптимальные для роста растений соотно­шения красного и синего света в общем светопотоке могут несколько меняться в зависи­мости от вида и возраста растений. Из­вестно, например, что крестоцветные более требовательны к синему цвету, а злаки — к красному.

При культивировании растений в условиях искусственного освещения (светокультура рас­тений) регуляция спектрального состава и интенсивности  света дает возможность управлять формированием урожая.

95

36. Тормозящее влияние света на рост растений

Изучите скорость роста растений в тече­ние суток. Для опыта нужны семена гороха посевного, подсолнечника, клубни кар­тофеля, линейка.

В горшках с почвой вырастите в темноте проростки гороха, подсолнечника, картофеля. Когда ростки достигнут 3—4 см, точно измерь­те их длину и утром выставьте на свет. Чем интенсивнее освещение, тем нагляднее будут результаты. Через 9—12 ч снова измерьте дли­ну проростков и на ночь поставьте в темное место. Утром растения измерьте и выставьте на свет. Наблюдения за ростом растений в дневное и ночное время проведите в течение нескольких дней. На основе полученных данных постройте кривую суточной периодичности роста растений. Для этого на оси абсцисс от­метьте время измерения длины растений (с указанием часа суток), а на оси ординат — прирост стебля в длину.

Результаты опыта показывают, что в ночное время рост проростков идет быстрее, чем днем.

Тормозящее действие света на рост расте­ний обусловлено его влиянием на количествен­ное соотношение гормонов в растении. На свету происходит частичное разрушение аук­синов и подавление синтеза гиббереллинов. Это приводит к снижению их количества днем и возрастанию в ночное время суток. Одновре­менно на свету возрастает количество абсцизовой кислоты, ингибирующей деление и рас­тяжение клеток.

96

Задание. Понаблюдайте за ростом ка­кого-либо растения на клумбе или огороде. Определите средний прирост за день и за ночь.

 

37. Влияние табачного дыма на рост растений

Загрязнение воздуха, в том числе табачным дымом, оказывает отрицательное воздействие на рост растений, особенно выраженное у моло­дых особей.

Для опыта нужны семена гороха посевно­го, бобов, 3 чашки Петри, 3 стеклянных колпа­ка и пластинки из стекла в качестве подставок под колпаки, табак, чашечки для его сжига­ния.

В чашках Петри разложите на увлажнен­ной фильтровальной бумаге, которую можно предварительно сложить в виде гармошки, по 10 семян гороха посевного. После прораста­ния семян поместите чашки под стеклянные колпаки. Проростки в первой чашке — конт­рольные. Проростки во второй чашке окурите табачным дымом 1 раз, а в третьей — 2—3 ра­за с интервалом в 1—2 дня.

Для окуривания необходимо зажечь в ча­шечке для сжигания табак. Чтобы колпаки до­статочно герметично закрывали чашки с про­ростками, их края смажьте вазелином.

Обычно уже однократной обработки расте­ний табачным дымом достаточно, чтобы у про­ростков гороха листья приобрели бледно-зеле­ную окраску, развился слабый стебель. В тре­тьей чашке растения заметно отстают в росте, окраска листьев бледно-зеленая, стебельки изогнуты (рис. 18).

 

Рис 18 Влияние табачного дыма на рост растений

а — контроль б — трехкратное окуривание

 

Задание Сравните влияние табачного дыма на рост растений различного возраста

 

38. Срастание корневых систем древесных растений

Срастание корней в природных услови­ях происходит у многих видов древесных рас­тений

Для наблюдения этого явления нужны групповые насаждения сосны обыкновенной или березы бородавчатой, дуба черешчатого, клена остролистного возрастом не менее 5 лет, лопата, совок, нож

В 80—100 м от центра группы растений выкопайте траншею глубиной 80—100 см и длиной 1—2 м Стенку

98

траншеи, обращенную к деревьям, осторожно разрушьте и освободите всю корневую систему В корневой системе двух или нескольких растущих очень близко друг к другу деревьев можно наблюдать срастание стержневых корней, врастание бокового корня в стержневой, срастание боковых корней и даже срастание одного корня с корнями не скольких особей (рис 19) Сфотографируйте сросшиеся корневые системы и засыпьте поч­вой обнаженные корни Такие срастания кор­ней аналогичны прививкам побегов растений

Считают, что срастание корней — положи­тельное явление в жизни растений Можно представить себе березовую рощу как единый организм (срастание корней у березы происхо­дит особенно легко из-за гладкой поверхно­сти корней).

Благодаря срастанию корней в природе можно наблюдать удивительное явление

 

Рис 19 Срастание корней древесных растений живые пни.

 

Например, в посадках сосны обык­новенной до 50% пней, оставшихся после прореживания посадок, могут быть живыми. Большинство таких пней находится на расстоя­нии 2, 5 м от молодого дерева. Причем у живо­го пня функционируют только те корни, кото­рые срослись с живым деревом. Пни, не срос­шиеся корнями с другими деревьями, отмирают через год.

 

39. Взаимное влияние растений

Помимо абиотических факторов внешней среды (свет, температура, вода, кислород, эле­менты питания), на рост растений оказывают влияние биологически активные вещества, которые выделяются в почву и воздух дру­гими растениями. Явление взаимного влия­ния растений носит название аллелопатии (от греч. «аллелон» — взаимно, «патос» — страдание). Растения могут выделять вещест­ва, которые тормозят (токсины) или ускоряют (стимуляторы) рост других растений.

Для изучения взаимного влияния растений нужны наклюнувшиеся семена пшеницы, овса и ячменя, 4 горшка с почвой.

В 3 горшка посейте раздельно одинаковое количество семян пшеницы, овса, ячменя. В четвертый горшок посейте поочередно семена всех 3 видов растений. Общее количество семян в нем должно быть таким же, как и в контроль­ных горшках.

Через месяц подведите итоги опыта. Рост пшеницы, ячменя и овса в раздельном и сме­шанном посевах происходит по-разному. Растения овса в смешанном посеве отстают

100

Рис 20. Изменение длины корней овса в смешанных с ячменем и пшеницей посевах:

а — контроль, б — посев через зерно, в — посев через ряд

 

в росте, имеют менее развитую корневую сис­тему по сравнению с растениями, выращенными в раздельном посеве (рис. 20). Это может быть обусловлено конкуренцией за питательные вещества, ведь растения принадлежат к од­ному семейству и имеют сходные биологические свойства. Взаимное влияние растений в посе­ве проявляется также через корневые выде­ления, которые могут стимулировать или угнетать растущие рядом растения. В состав корневых выделений входят минеральные со­единения, органические кислоты, алкалоиды, ферменты, ингибиторы роста негормональной природы, например кумарин, кофейная кис­лота и стимуляторы, например витамины.

101

Под влиянием комплекса токсинов, выделяемых корневыми системами одних расте­ний, может происходить подавление деления и роста клеток, интенсивности процессов фото­синтеза и дыхания соседних растений.

Задание. Определите, как влияют на рост культурных растений сорняки, например пырей ползучий, марь белая, осот огород­ный.

 

40. Влияние газообразных выделений растений на прорастание семян

Выясните, как влияют летучие выделения растений (фитонциды) на прорастание семян гороха.

Для проведения опыта нужны наклюнув­шиеся семена гороха посевного или другого вида растений, листья комнатных растений (алоэ древовидное, пеларгония зональная), 2 чашки Петри (или пол-литровые банки),

пластилин, ступка с пестиком, фильтроваль­ная бумага.

В центре чашки Петри из пластилина сде­лайте бортик, тщательно приклеивая его ко дну (рис. 21). Вокруг бортика поместите смоченное водой кольцо из фильтровальной бумаги и расположите на нем по периметру ча­шки на равном расстоянии друг от друга 10 семян гороха.

5 г ткани исследуемого растения разотрите в ступке с песком. Поместив кашицу в углуб­ление, ограниченное бортиком, быстро за­кройте чашку и поставьте в теплое место.

В контрольную чашку в углубление вместо кашицы налейте чистую воду.

Регулярно следите за состоянием семян и при необходимости увлажняйте фильтроваль-

102

ную бумагу. Отметь­те, на какие сутки от начала опыта на­блюдается прора­стание семян. Когда корешки в одном из вариантов опыта достигнут 1—1, 5 см, проведите учет их длины у каждого семени и вычислите среднюю длину ко­решка, а также про­цент проросших семян.

Средние значения длины корней, про­цент проросших се­мян в каждом ва­рианте занесите в таблицу.

Результаты опы­та показывают, что летучие выделения листьев могут оказывать на прорастание семян и рост корней гороха по­севного как стимулирующее (алоэ древо­видное), так и тормозящее (пеларгония зо­нальная) действие.

В состав летучих соединений, получивших общее название фитонцидов (от треч. «фитон»—растение, «цидо»—убиваю), входят эфирные масла, альдегиды уксусной и пропионовой кислот, метиловый и этиловый спирты, полифенолы и другие соединения.

К образованию комплекса летучих соеди­нений способны все растения, причем повре-

103

Рис. 21. Схема опыта по изучению действия летучих соединений растений на прорастание семян.

 

ждение клеток усиливает выделение фитонцидов. Именно поэтому при проведении описан­ного выше опыта рекомендуется использовать кашицу, получаемую путем растирания листьев.

Состав и количество химических веществ, выделяемых растениями, специфичны для каждого вида, что сказывается на характере их взаимоотношений. Например, ясень обык­новенный, осина, липа мелколистная, клен ясенелистный подавляют, а береза бородавчатая, клен остролистный — стимулируют рост дуба. Напротив, сосна обыкновенная отрицательно реагирует на выделение газообразных веществ листьями березы бородавчатой.

Химические вещества, выделяемые листь­ями и корнями высших растений, играют важ­ную роль в формировании сообществ расте­ний (фитоценозов).

 

41. Бактерицидное действие фитонцидов горчицы

Фитонциды растений обладают мощным бактерицидным действием. Например, фитонциды чеснока, лука, хрена, горчицы убивают многие виды бактерий, простейших, низших грибов в течение нескольких минут и даже секунд. Изучите бактерицидные свойства фи­тонцидов горчицы черной.

Для опыта нужна горчица пищевая в виде порошка или пасты, вареное яйцо, колба емкостью 500 мл, пробка с крючком, сургуч.

На дно колбы поместите немного разведен­ной в теплой воде горчицы. На крючок, приде­ланный к пробке, подвесьте в сеточке очищен-

104

ное от скорлупы яйцо. Опустите сеточку с яйцом в колбу таким образом, чтобы оно не касалось слоя гор­чицы, и плотно закрой­те колбу пробкой. Для герметичности можно залить пробку сургучом или пара­фином.

Под действием фи­тонцидов горчицы, ос­новным компонентом которых являются аллилгорчичные масла, происходит стерилиза­ция воздуха у поверх­ности яйца. В атмос­фере летучих выделений горчицы яйцо может сохраняться без признаков порчи продол­жительное время. Описан опыт, в котором ку­риное яйцо в колбе сохранилось свежим бла­годаря горчице в течение 20 лет.

Количество фитонцидов, выделяемых раз­личными растениями, неодинаково. 1 га сос­нового леса выделяет за сутки около 5 кг лету­чих фитонцидов, а можжевелового — около 30 кг. Фитонциды являются одним из факто­ров естественного иммунитета: растение стери­лизует себя продуктами собственной жизне­деятельности.

Задание. Проверьте, используя опи­санную методику, бактерицидное действие фитонцидов чеснока, хрена, лука.

 

РАЗДРАЖИМОСТЬ И ДВИЖЕНИЯ У РАСТЕНИЙ

 

Для растений движения также естественны, как и для животных. Но поскольку большинст­во растений не способно к перемещению в про­странстве, у многих людей существует пред­ставление об их неподвижности. Даже извест­ный французский биолог Жан Батист Ламарк в свое время дал растениям такое определе­ние: «Растения представляют собой живые организованные тела, части которых никогда не обладают раздражимостью. Они не пере­варивают пищи и не способны двигаться ни под влиянием волн, ни вследствие истинной раздражимости». Заметим, что Ламарк выде­лил 3 основных критерия, по которым разли­чают растения и животных: наличие у живот­ных организмов раздражимости, способности к движению и способности к перевариванию пищи.

Справедливость восторжествовала только в конце XIX в. Исследования Ч. Дарвина в 1865—1880 гг., индийского ученого Д. Ч. Боса в 1895—1937 гг., русских ученых И. Ф. Леваковского и Т. И. Вяземского

106

в 1860—1901 гг. показали, что раздражимость так же свой­ственна растениям, как и животным.

Изучение способности растений к движе­ниям Ч. Дарвин начал сразу же после выхода в свет его знаменитой книги «Происхождение видов путем естественного отбора». На осно­вании изучения более 100 видов лазящих и вьющихся растений, 31 вида хищных расте­ний, принадлежащих к 11 родам, ученый сделaл вывод о способности растений к восприятию раздражения и проведению возбуждения по тканям.

В итоговой книге «Способность к движению у растений» великий естествоиспытатель с удовлетворением заключил: «В настоящий момент мы знаем, что движение растений про­исходит постоянно и что только его размах или направление, или то и другое вместе должны видоизменяться для пользы растения соответ­ственно внешним и внутренним стимулам».

Доказательство единства, физиологической общности процессов раздражимости у расте­ний и животных — одно из величайших дости­жений биологии конца XIX — начала XX в.

 

РАЗДРАЖИМОСТЬ РАСТЕНИЙ

 

Что же такое раздражимость? Это способ­ность организма воспринимать воздействия внешней и внутренней среды и реагировать изменением процессов жизнедеятельности.

Спектр внешних воздействий, восприни­маемых растением, широк — свет, температура, сила тяжести, химический состав окружающей среды, магнитное поле Земли, механические и электрические раздражения.

У растений так же, как и у животных воспри­ятие раздражения и ответная реакция, напри­мер двигательная, пространственно разоб­щены. Передача раздражения (проведение возбуждения) может осуществляться путем возникновения и распространения по растению электрического потенциала, т. н. потенциала действия.

В существовании электричества у расте­ний можно убедиться на довольно простых опытах.

 

42. Обнаружение токов повреждения в разрезанном яблоке

Так называемые токи повреждения были впервые обнаружены в конце XVIII в. италь­янским ученым Луиджи Гальвани у животных организмов. Если разрезать отпрепарированную мышцу лягушки поперек волокон и подвести электроды гальванометра к срезу и продольной неповрежденной поверхности, гальванометр зафиксирует разность потенциа­лов около 0, 1 В

Первые доказательства существования аналогичных процессов у растений были полу­чены спустя почти 100 лет, когда по аналогии стали измерять токи повреждения на разных растительных тканях. Срезы листьев, стебля, репродуктивных органов, клубней всегда ока­зывались заряженными отрицательно по отно­шению к здоровой ткани.

Итак, вернитесь в 1912 г. и повторите опыт с измерением потенциалов надрезанного яб­лока. Для опыта, кроме яблока, нужен галь­ванометр, способный измерить разность потен­циалов около 0, 1 В.

108

Яблоко разрежьте пополам, удалите сердце­вину. Если оба электрода, отведенных к галь­ванометру, приложить к наружной стороне яблока (кожуре), гальванометр не зафикси­рует разности потенциалов. Один электрод перенесите во внутреннюю часть мякоти, и гальванометр отметит появление тока повреж­дения.

Кроме яблока, можно измерить токи по­вреждения, достигающие 50—70 мВ, у сре­занных стеблей, черешков, листьев.

Как показали более поздние исследования, средняя скорость тока повреждения в стебле и черешке составляет около 15—18 см/мин.

В неповрежденных органах биотоки тоже постоянно существуют, но для их измерения нужна высокочувствительная аппаратура.

Установлено, что ткань листа заряжена электроотрицательно по отношению к цент­ральной жилке, верхушка побега заряжена положительно по отношению к основанию, листовая пластинка — положительно по отно­шению к черешку. Если стебель положить горизонтально, то под действием силы земно­го тяготения нижняя часть его становится более электроположительной по отношению к верхней.

Наличие биоэлектрических потенциалов характерно для любой клетки. Разность потен­циалов между вакуолью клетки и наружной сре­дой составляет около 0, 15 В. Только в 1 см² листа может содержаться 2—4 млн клеток, и каждая — маленькая электростанция.

Решающую роль в возникновении расти­тельного, как впрочем и животного, электри­чества играют

109

мембраны клетки. Проницаемость их для катионов и анионов в направ­лении из клетки и в клетку не одинакова. Уста­новлено, что если концентрация какого-либо электролита с одной стороны мембраны в 10 раз выше, чем с другой, то на мембране возни­кает разность потенциалов 0, 058 В.

Под действием различных раздражителей проницаемость мембран меняется. Это при­водит к изменению величины биопотенциалов и возникновению токов действия. Возбуждение, вызванное раздражителем, может передаваться по растению от корней к листьям, регулируя, например, работу устьиц, скорость фотосинтеза. При смене освещения, изменении температуры воздуха токи действия могут передаваться и в противоположном направлении — от листьев к корням, что приводит к изменению актив­ности работы корня.

Интересно, что вверх по растению биотоки распространяются в 2, 5 раза быстрее, чем вниз.

С наибольшей скоростью возбуждение у растений идет по проводящим пучкам, а в них — по клеткам-спутницам ситовидных трубок. Ско­рость распространения потенциала действия (электрических импульсов) по растению у различных видов не одинакова. Быстрее всех реагируют насекомоядные растения и мимо­за—2—12 см/с. У других видов растений эта скорость значительно ниже — около 25 см/мин.

 

43. Опыт с зеленой горошиной

Этот опыт впервые был поставлен крупней­шим исследователем проблемы раздражимо­сти растений

110

индийским ученым Д. Ч. Босом. Он показывает, что резкое повышение температуры вызывает в семенах появление токов действия Для опыта нужны несколько зеленых (несозревших) семян гороха посев­ного, бобов, фасоли, гальванометр, препаровальная игла, спиртовка.

Соедините внешнюю и внутреннюю части зеленой горошины с гальванометром. Очень осторожно в бюксе нагрейте горошину (не повреждая) приблизительно до 60°С.

При повышении температуры клеток галь­ванометр регистрирует разность потенциалов до 0, 1—2 В. Вот что отметил по поводу этих результатов сам Д. Ч. Бос: если собрать 500 пар половинок горошин в определенном поряд­ке в серии, то суммарное электрическое напря­жение составит 500 В, что вполне достаточно для казни на электрическом стуле.

Самыми чувствительными у растений явля­ются клетки точек роста, находящиеся на верхушках побегов и корней. Многочисленные побеги, обильно ветвящиеся и быстро нараста­ющие в длину кончики корней как бы ощупы­вают пространство и передают информацию о нем в глубь растения. Доказано, что растения воспринимают прикосновение к листу, реаги­руя на него изменением биопотенциалов, перемещением электрических импульсов, из­менением скорости и направления передвиже­ния гормонов. Например, кончик корня реа­гирует более чем на 50 механических, физи­ческих, биологических факторов и всякий раз при этом выбирает наиболее оптимальную програму для роста.

Убедиться в том, что растение реагирует на прикосновения, особенно частые, надоедливые, можно на следующем опыте.

 

44. Стоит ли трогать растения без надобности

Познакомьтесь с тигмонастиями — дви­гательными реакциями растений, вызван­ными прикосновениями.

Для опыта в 2 горшка высадите по одно­му растению, желательно без опущения на листьях (бобы, фасоль). После появления 1—2 листьев начинайте воздействие: листья одного растения слегка потрите между большим и указательным пальцем 30—40 раз ежедневно в течение 2 недель.

К концу второй недели различия будут видны отчетливо: растение, подвергавшееся механическому раздражению, отстает в росте (рис. 23).

Результаты опыта свидетельствуют, что длительное воздействие на клетки слабыми раздражителями может привести к торможе­нию процессов жизнедеятельности растений.

Постоянным воздействиям подвергаются растения, высаженные вдоль дорог. Особенно чувствительны ели. Их ветви, обращенные к дороге, по которой часто ходят люди, ездят машины, всегда короче ветвей, расположенных на противоположной стороне

Раздражимость растений, т. е. их способ­ность реагировать на разные воздействия, лежит в основе активных движений у расте­ний, которые не менее разнообразны, чем у животных.

Перед тем как приступить к описанию опытов, раскрывающих механизм движения растений, целесообразно ознакомиться с клас­сификацией этих движений. Если растения

112

Рис. 23 Влияние на рост растений механического воздействия

 

на осуществление движений затрачивают энер­гию дыхания, это физиологически активные движения. По механизму изгиба они подраз­деляются на ростовые и тургорные.

Ростовые движения обусловлены измене­нием направления роста органа. Это сравни­тельно медленные движения, например из­гибы стеблей к свету, корней к воде.

Тургорные движения осуществляются пу­тем обратимого поглощения воды, сжатия и растяжения специальных двигательных (мо­торных) клеток, расположенных у основания органа. Это быстрые движения растений. Они свойственны, например, насекомоядным ра­стениям, листьям мимозы.

Более подробно типы ростовых и тургорных движений будут рассмотрены ниже по мере выполнения опытов.

Для осуществления пассивных (механиче­ских) движений прямых затрат энергии клетки не требуется. В механических движениях в большинстве случаев цитоплазма не участ­вует. Наиболее распространены, гигроско­пические движения, которые вызываются обезвоживанием и зависят от влажности воздуха.

113

ГИГРОСКОПИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ

В основе гигроскопических движений лежит способность оболочек растительных клеток к поглощению воды и набуханию. При набу­хании вода поступает в пространство между молекулами клетчатки (целлюлозы) в обо­лочке и белка в цитоплазме клетки, что при­водит к значительному увеличению объема клетки.

 

45. Движения чешуи шишек хвойных, сухого мха, сухоцветов

Изучите влияние температуры воды на ско­рость движения семенных чешуи шишек.

Для опыта нужны по 2—4 сухие шишки сос­ны и ели, высушенные соцветия акроклиниума розового или гелихризума большого (бессмерт­ники), сухой мох кукушкин лен, часы.

Рассмотрите сухую шишку сосны. Се­менные чешуи подняты, хорошо видны ме­ста, к которым были прикреплены семена (рис. 24).

Опустите половину шишек сосны в холод­ную воду, а вторую — в теплую (40—50 °С). Наблюдайте за движением чешуи. Отметьте

114

Рис. 24. Шишки сосны.

 

время, которое потребовалось для полного их смыкания.

Достаньте шишки из воды, стряхните и проследите за движением чешуи в процессе высыхания.

Отметьте время, за которое чешуи вернутся в исходное состояние, занесите данные в таблицу:

 

Объект наблюдения	Температура воды		Продолжительность
	10 °С	50 °С	смыкания	размыкания
Шишки сосны	+
Шишки сосны		+
Шишки ели	+
Шишки ели		+
Соцветие бессмертника	+
Соцветие бессмертника		+

 

115

Повторите опыт с теми же шишками не­сколько раз. Это позволит не только получить более точные данные, но и убедиться в обрати­мости изучаемого вида движений.

Результаты опыта позволят сделать важ­ные выводы:

1) Движение семенных чешуи шишек обус­ловлено потерей и поглощением ими воды. Об этом же свидетельствует прямая зависимость движения чешуи от температуры воды: при ее повышении скорость движения молекул воды возрастает, набухание чешуи происходит быстрее.

2) Чтобы набухание чешуи могло изменить их положение в пространстве, строение и хи­мический состав клеток на внешней и внутрен­ней стороне чешуи должны быть различными. Это действительно так. Оболочки клеток верхней стороны чешуи шишек хвойных более эластичны, растяжимы по сравнению с клет­ками нижней стороны. Поэтому при погружении в воду они поглощают ее больше, быстрее уве­личивают свой объем, что приводит к удлине­нию верхней стороны и движению чешуи вниз. В процессе обезвоживания клетки верхней сто­роны теряют воду тоже быстрее клеток нижней стороны, что приводит к загибанию чешуи вверх.

Интересно наблюдать вызываемые набуха­нием движения листьев кукушкина льна либо других листостебельных мхов. У живых расте­ний листья направлены в сторону от стебля, а у сухих — прижаты к нему. Если опустить су­хой стебелек в воду, через 1—2 мин листья переходят из вертикального положения в гори­зонтальное.

116

Очень красивы движения высушенного соцветия бессмертника. Если сухое соцветие опустить в воду, через 1—2 мин листочки обертки приходят в движение и соцветие за­крывается.

Задание. Сравните скорость движения чешуи шишек различных видов хвойных. Зави­сит ли она от размера шишек? Сравните ско­рость движения чешуи шишек сосны и ели, ли­стьев мхов и листочков обертки соцветия бессмертника, выявите черты сходства и раз­личия.

 

46. Гигроскопические движения семян. Гигрометр из семян аистника

Гигроскопические движения играют важ­ную роль в распространении семян различных растений.

Изучите механизм самозакапывания семян аистника, перемещения по почве семян ва­силька полевого.

Для опыта нужны семена аистника (грабельника), василька синего, лист плотной бумаги, часы, предметное стекло.

Аистник — распространенное в Белоруссии растение. Свое название получило благодаря сходству плода с головой аиста (рис. 25).

Рассмотрите внимательно строение сухого плода аистника. Доли зрелого коробочковидного плода снабжены длинной остью, в ниж­ней части спирально закрученной. Плод по­крыт жесткими волосками.

На предметное стекло нанесите каплю воды и опустите в нее сухой плод. Закрученная спиралью нижняя часть начинает раскручива-

117

ться и плод, не имеющий опоры на стекле, совершает вращательные дви­жения.

После полного выпрямления ости перенесите плод на сухую часть стекла. По мере высыхания нижняя часть снова закручивается в спи­раль и вызывает вра­щение плода.

Проведите хроно­метраж опыта, срав­нивая скорости про­цессов раскручива­ния и закручивания спирали.

Механизм движе­ния плода аистника тот же, что и чешуи шишек хвойных — различие в гигро­скопичности клеток ости.

Наблюдения за движением плода в капле воды позволя­ют понять поведение его в почве. Ко­гда плод падает на землю, верхний конец ости, загнутый под прямым углом, цепляется за окружающие его стебельки и остается не­подвижным. При закручивании и

 

Рис. 25. Аистник.

 

118

раскручивании спирального участка нижняя часть плода с се­менем ввинчивается в землю. Путь назад преграждают жест­кие, отогнутые вниз волоски, покрываю­щие плод.

Чтобы изготовить примитивный гигро­метр, в кусочке кар­тона или дощечке, покрытой белой бу­магой, проделайте отверстие и закре­пите в нем нижний конец плода. Для калибровки прибора сначала высушите, за­тем смочите ость водой и отметьте крайнее положение (рис. 26). Размещать прибор луч­ше на улице, где колебания влажности выра­жены более резко, чем в помещении.

Аистник — не единственное растение, спо­собное к самозакапыванию семян. Сходное строение и механизм распространения имеют ковыли, овсюг, лисохвост.

Плоды василька (семянки с хохолком из твердых щетинок) не способны к самозака­пыванию. При колебаниях влажности почвы щетинки попеременно опускаются и подни­маются, толкая плод вперед.

Задание. Соберите семена василька, лисохвоста, овсюга. Изучите поведение их во влажной и сухой среде, сравните с аист­ником.

 

Рис 26. Гигрометр из аистника.

119

ТРОПИЗМЫ

 

В зависимости от строения органа и дей­ствия факторов внешней среды различают два вида ростовых движений: тропизмы и настии.

Тропизмы (от греч. «тропос»—поворот), тропические движения — это движения орга­нов с радиальной симметрией (корень, сте­бель) под влиянием факторов внешней среды, которые действуют.на растение односторонне. Такими факторами могут быть свет (фототропизм), химические факторы (хемотропизм), действие силы земного тяготения (геотропизм), магнитное поле Земли (магнитотропизм) и др.

Эти движения позволяют растениям рас­полагать листья, корни, цветки в положении, наиболее благоприятном для жизнедеятель­ности.

 

47. Гидротропизм корня

Одно из наиболее интересных видов дви­жения—движение корня к воде (гидротро­пизм). Наземные растения испытывают посто­янную потребность в воде, поэтому корень всегда растет в ту сторону, где содержание во­ды выше. Гидротропизм присущ прежде всего корням высших растений. Наблюдается так­же у ризоидов мхов и заростков папоротников.

120

Для опыта нужно 10—20 наклюнувшихся семян гороха (люпина, ячменя, ржи), 2 чашки Петри, немного пластилина.

Плотно прикрепленным ко дну пластили­новым барьером разделите площадь чашки на 2 равные части. На барьер положите на­клюнувшиеся семена, слегка вдавливая их в пластилин, чтобы при росте корня семена не сдвинулись с места. Корешки должны быть направлены строго вдоль барьера (рис. 27).

Эти этапы работы в контрольной и опыт­ной чашках одинаковы. Теперь предстоит со­здать различные условия увлажнения. В конт­рольной чашке влажность в левой и правой ча­стях должна быть одинакова. В опытной чаш­ке вода наливается только в одну половину, а вторая остается сухой.

Рис. 27. Схема расположения семян при изучении гидротропизма корня.

 

Обе чашки накройте крышками и помести­те в теплое место. Ежедневно наблюдайте за положением корешков. Когда ориентация их станет хорошо заметной, подсчитайте коли­чество семян, корни которых проявили поло­жительный гидротропизм (рост органа в сто­рону воды).

Наблюдения за движением корешка к воде ясно показывают, что тропизмы — это росто­вые движения. Корешок растет в сторону воды, при этом происходит, если это необхо­димо растению, изгиб корня.

Гидротропизм — частный случай хемотро­пизма (ростовой реакции растений на нерав­номерное распределение в окружающей среде какого-либо вещества). Способность корней растений, грибных гифов, пыльцевых трубок, проростков паразитических растений (пови­лики, например) распознавать химическое вещество на некотором расстоянии от него удивительна. Установлено, что воспринимает воздействие

121

 химических веществ зона роста органа, а изгиб образуется на некотором рас­стоянии от нее, т. е. происходит передача раздражения по корню (рис. 28).

Задание. По описанной выше схеме опы­та проверьте способность растений распозна­вать не только воду, но и нужные растению раст­воры минеральных солей, например 0, 3-про­центный раствор нитрата калия или аммония.

 

Рис. 28 Хемотропический изгиб корней

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: