Тема 6 Рост и развитие растений

Тема 6 Рост и развитие растений

• • 1. Особенности роста клеток 2. Дифференцировка и рост растений 3. Гормональная система растений 4. Этапы онтогенеза высших растений

• Рост – необратимое увеличение размеров и массы клетки, органа или всего организма, обусловленное новообразованием элементов их структур • Развитие – это качественные изменения в структуре и функциональной активности растения и его частей в процессе онтогенеза. • Возникновение качественных различий между клетками, тканями и органами получило название дифференцировки.

Модельной системой для изучения роста является культура растительных клеток in vitro, а именно в суспензионной культуре (жидкая среда + сахара, минеральные соли, ростовые факторы).

Фазы роста и развития клеток • 1. Эмбриональная (митотический цикл). • 2. Рост растяжением. • 3. Дифференцировка. • 4. Зрелость. • 5. Старость.

Растяжение клеток: -(вакуолизация; рост клеточной стенки; её лигнификация)

Каждая клетка растения содержит в своем геноме полную информацию о развитии всего организма и может дать начало формированию целого растения (свойство тотипотентности). • Однако под действием фитогормонов, метаболитов и физикохимических факторов происходит экспрессия лишь части генов и как результат -дифференцировка клеток.

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

2. Дифференцировка и рост растений Меристематические ткани: 1 — в зародыше семени, 2 — в проростке растения, 3 — в кончике корня; а — верхушечная меристема побега, б — верхушечная меристема корня, в — прокамбий, г — интеркалярная меристема листа, д — интеркалярная меристема побега, е — камбий, ж — верхушечная меристема придаточного корня, з — верхушечная меристема бокового корня, и — верхушечная меристема пазушной почки, к — ксилема, л — перицикл, м — флоэма.

• Морфогенез, то есть формообразование у растений включает в себя процессы заложения, роста и развития клеток (цитогенез), тканей (гистогенез) и органов (органогенез), которые генетически запрограммированы и скоординированы между собой. • Межклеточные системы регуляции включают гормональные, электрические и трофические факторы, которые влияют на генетическую, мембранную и метаболическую регуляторные системы в каждой клетке.

Ростовые корреляции – это зависимость роста и развития одних органов от других. • Ростовые корреляции используются в растениеводстве для получения большего количества продукции. Например, пасынкование – удаление боковых побегов у томатов – способствует образованию более крупных плодов, пикировка – обрывание кончиков корней при пересадке рассады овощей – увеличивает число боковых корней.

• В жизни растения имеется период покоя. Различают вынужденный покой, обусловленный факторами внешней среды, препятствующими прорастанию, и физиологический или глубокий покой, который регулируется балансом стимуляторов и ингибиторов роста.

Гормональная система растений • • • 1. Ауксины. 2. Цитокинины. 3. Гиббереллины. 4. Этилен. 5. Абсцизовая кислота

Ауксин (ИУК) 1. 2. 3. 4. 5. Рост растяжением. Аттрагирующий эффект. Апикальное доминирование. Корнеобразование. Тропизмы.

Цитокинины 1. 2. 3. 4. Аттрагирующий эффект. Деление клеток. Открытие устьиц. Побегообразование.

Гиббереллины 1. 2. 3. 4. 5. Аттрагирующий эффект при прорастании семян. 2. Растяжение междоузлий. 3. Проявление пола. 4. Стимуляция цветения

Абсцизовая кислота (АБК)– гормон осмотического стресса 1. Накопление в клетке осмолитиков. 2. Закрытие устьиц. 3. Вызывает физиологический покой.

Этилен – гормон механического стресса 1. Тройной ответ проростка. 2. Созревание плодов. 3. Заживление ран. 4. Листопад. 5. Биотический стресс.

4. Этапы онтогенеза высших растений • Онтогенезом называют индивидуальное развитие организма от зиготы или вегетативного зачатка до естественной смерти. • По продолжительности жизни растения делят на эфемеры, однолетние, двулетние и многолетние (секвойи — до 5 тыс. лет). • Монокарпическими (греч. mono — один, karpos — плод) называются растения, цветущие и плодоносящие один раз в своей жизни (эфемеры, однолетние растения, двулетние растения (морковь, свекла) и некоторые многолетние, например мексиканские агавы, бамбук) Поликарпические растения — это растения, плодоносящие много раз в жизни.

В онтогенезе цветковых растений выделяют 5 этапов: 1. эмбриональный, 2. ювенильный (молодости); 3. зрелости; 4. размножения (генеративный); 5. старости (сенильный). Возрастные состояния овсяницы луговой (А), василька сибирского (Б): р – проростки; j – ювенильные растения; im – имматурные; v – вирги‑нильные; g 1 – молодые генеративные; g 2 – средневозрастные генеративные; g 3 – старые генеративные; ss – субсенильные; s – сенильные

Эмбриональный этап • • • — это период образования зародыша и семени, который начинается со слияния яйцеклетки и спермия и образования зиготы на материнском растении. Зародыш состоит из меристематических тканей и питается гетеротрофно, т. е. за счет питательных веществ, поступающих из материнского растения. У цветковых растений зигота делится поперек, образуя материнскую клетку суспензора (нижняя клетка) и будущий проэмбрио (верхняя клетка). В суспензорной части образуется подвесок, продвигающий зародыш вглубь эндосперма. На стадии глобулы зародыш имеет шаровидную форму. Далее у двудольных синхронно растут две семядоли, что приводит к стадии сердечка, а затем торпедо. Эмбриональный этап заканчивается полным формированием семян и переходом их в состояние покоя.

Ювенильные растения – молодые, наиболее активно растущие и минимально устойчивые. • На этом этапе у растения образуются только вегетативные органы: листья, стебли, корни.

Зрелость — период формирования репродуктивных органов растения от заложения первого цветка до первого оплодотворения. Заложение цветков тормозит рост вегетативных органов. В определенный этап онтогенеза верхушечная меристема побега начинает вместо листьев, междоузлий формировать цветки или соцветия. Однако она должна быть индуцирована для перехода к генеративному развитию. Внешними индукторами этого процесса являются температура, свет, продолжительность дня и ночи, вода, элементы минерального питания.

• Однолетние злаки колосятся в первый год и называются яровыми, а двулетние — только после перезимовки и называются озимыми. • Свойство озимых однолетних и двулетних растений ускорять переход к заложению цветков после действия на них пониженных температур в течение определенного времени назвали яровизацией.

В зависимости от реакции на длину дня, растения делятся на короткодневные, переходящие к цветению только тогда, когда день короче ночи (день 8— 12 ч в сут) - рис, кукуруза, просо, соя, сахарный тростник, хлопчатник, сорго; длиннодневные ( день не менее 16— 18 ч/сут) - пщеница, ячмень, овес, горчица, свекла, лен, шпинат, клевер, укроп; нейтральные по отношению к длине дня (гречиха, горох, фасоль, томаты). Продолжительность дня или ночи (фотопериод) воспринимает листовая пластинка.

Гормональная теория зацветания растений М. Х. Чайлахяна • цветение вызывают два гормона: один из них — гиббереллин, а другой —антезин. • Процесс зацветания проходит в две фазы: на первой фазе образуется цветочный стебель (цветоножка), а на второй — сами цветки. • Необходимая для зацветания длина дня стимулирует выработку того гормона, которого до сих пор не хватало: у длиннодневных – антезина, а у короткодневных гиббереллина

Этап размножения — период от первого оплодотворения до полного созревания плодов. • На этом этапе происходят образование, рост и созревание плодов и семян.

Старость — период от полного прекращения плодоношения до отмирания всех вегетативных органов и смерти всего организма. • Старение — это торможение роста, связанное с пониженным синтезом ауксина и повышением концентрации этилена и АБК • Гипотезы старения: 1) о запрограммированной смерти клеток; 2) «гипотеза катастрофы ошибок» • Выделяет несколько типов старения.