Рост и развитие растения


Академик Н. А. Максимов
Академик Н. А. Максимов

Чтобы растение могло расти, т. е. чтобы его клетки могли делиться, растягиваться и специализироваться, нужно благоприятное сочетание окружающих условий. Особенно важны: температура, свет, влажность почвы и воздуха. Все эти условия взаимодействуют друг с другом.

При температуре ниже нуля у высших растений никакого роста нет. Несколько выше нуля начинается медленный рост, и он усиливается с повышением температуры. Температура свыше 20—30° уже угнетает рост. Семена растений южного происхождения (например, тыква, огурец) прорастают при более высокой температуре, чем семена растений из умеренных широт (ячмень, гречиха).

В темноте зеленое растение вырастает длинным, вытянутым и очень хилым. Все цветковые растения, за исключением паразитов (повилика, заразиха, петров крест), нуждаются для нормального роста в свете. Но опыты показывают, что для этого достаточна сравнительно небольшая интенсивность света.

С процессами роста тесно связана и устойчивость растений против мороза. Ранней осенью рост растений приостанавливается, и они начинают готовиться к зимовке — закаляться. Если ель, сосну или пихту подвергнуть летом даже небольшому морозу в 4°, то дерево погибнет. Зимой же, после осенней закалки, они способны переносить морозы в 40° и даже 50°.

Первая фаза закалки начинается при понижении температуры до +4°. В клетках растения начинают накапливаться сахара. Растение подготовляет себе запасы, которые будет медленно тратить в течение зимы.

Слева — клетка паренхимы стебля сирени летом. В стенках клетки видны плазмодесмы. Справа — та же клетка в период зимнего покоя. Плазмодесмы втянулись внутрь клетки.
Слева — клетка паренхимы стебля сирени летом. В стенках клетки видны плазмодесмы. Справа — та же клетка в период зимнего покоя. Плазмодесмы втянулись внутрь клетки.

Вторая фаза закалки происходит при понижении температуры до —4°. Протоплазма в клетках растения становится более проницаемой и теряет много воды.

Слева — хризантема, выращенная при длинном дне. Справа — хризантема, выращенная при коротком дне.
Слева — хризантема, выращенная при длинном дне. Справа — хризантема, выращенная при коротком дне.

Акад. Н. А. Максимов еще более сорока лет назад сделал открытие, что лед, образующийся на морозе в межклеточных пространствах растительных тканей, давит на обезвоженную протоплазму и повреждает ее.

Казалось бы, клетки растения должны из-за этого разрушиться, а само растение — погибнуть. Но деревья выносят самые лютые морозы, и только некоторые из них при этом погибают.

Клетки растительных тканей связаны друг с другом особыми тяжами протоплазмы — плазмодесмами, которые проходят из одной клетки в другую. При осенней закалке плазмодесмы разобщаются и втягиваются внутрь клетки, а протоплазма как бы съеживается и отстает от клеточной оболочки. На поверхности обособившейся протоплазмы скапливаются жировые вещества, которые предохраняют протоплазму от насыщения водой или выделения воды.

Поэтому кристаллы льда, которые возникают зимой в межклеточных пространствах растительной ткани, не причиняют вреда растению. Чтобы повредить протоплазму, кристаллы должны образоваться внутри нее. Но это может произойти только при очень большом морозе, при температуре намного ниже обычной зимней, к которой местные растения привыкли.

За время своей жизни растение претерпевает много изменений. Прорастающее семя, например фасоли, выносит на поверхность почвы два небольших листочка семядоли. Затем появляются настоящие листья, позднее образуются бутоны, а еще позднее раскрываются цветки. Растение цветет и плодоносит. Возникают плоды (бобы), в которых находятся семена. А семена, в сущности — уже новое поколение растения.

Ткань почки вишни Владимирская: слева — в январе (протоплазма в клетке обособлена); справа— в апреле (протоплазма в клетках не обособлена), в верхней клетке начинается деление ядра.
Ткань почки вишни Владимирская: слева — в январе (протоплазма в клетке обособлена); справа— в апреле (протоплазма в клетках не обособлена), в верхней клетке начинается деление ядра.

Весь этот цикл последовательных изменений называется развитием растения. Отдельные этапы развития — всходы, образование листьев, появление бутонов, цветение и плодоношение — называются фазами развития. Фазы у однодольных растений, например у злаков, несколько отличаются от фаз двудольных растений. У злаков после всходов и появления листьев идут фазы: кущение, выход в трубку (стеблевание), колошение, цветение, молочная спелость зерна, восковая и, наконец, полная спелость.

Доказав, что живые организмы и окружающая их среда находятся в тесной взаимосвязи, И. В. Мичурин установил, что в развитии растения есть ряд своеобразных, качественно отличающихся друг от друга этапов. У многолетних растений он назвал эти этапы так: «молодой возраст», «юношеский возраст», «возраст возмужалости» и «возраст старости».

Весенний посев озимой пшеницы. Слева — из неяровизированных семян, справа — из яровизированных.
Весенний посев озимой пшеницы. Слева — из неяровизированных семян, справа — из яровизированных.

Для понимания жизни растений большое значение имеет теория стадийного развития, созданная Т. Д. Лысенко. Эта теория, по существу, продолжает учение И. В. Мичурина о разнокачественных этапах развития растения. Под влиянием условий окружающей среды (температура, доступ кислорода, содержание воды в растении и т. п.) растение проходит в своем жизненном цикле ряд этапов, или стадий развития. В клетках при прохождении стадий протекают своеобразные изменения их содержимого. В результате этих изменений в растении образуются цветки и семена.

Хорошо изучены две стадии развития: стадия яровизации и световая стадия. Стадия яровизации начинается с того момента, когда семя только трогается в рост. Она проходит при совокупности тех условий, к которым многие поколения этого вида растений были приспособлены в данном климате.

Условия для яровизации растений южного происхождения (например, хлопчатника) отличаются от условий прохождения этой стадии у растений северного происхождения (например, озимой пшеницы). Хлопчатник проходит стадию яровизации при температуре от +20° до 4-25°, а озимая пшеница — при температуре от нуля до + 5°. Стадия яровизации у озимой пшеницы длится от 35 до 60 дней, у позднеспелой яровой — 10—14 дней, а у раннеспелой — 5—6 дней.

Половое размножение растений. Схема строения цветка: 1 — завязь; 2 — столбик; 3 — рыльце; 4 — тычинки; 5 и 6 — пыльники в поперечном и продольном разрезах; 7 — ядро семяпочки; 8 — яйцеклетка; 9 — пыльцевход через внутренний покров семяпочки; 10 — обрезанные листочки околоцветника; 11 — нектарники; 12 — пыльца, попавшая на рыльце и прорастающая; 13 — пыльца, проросшая трубкой до пыльцевхода (9).
Половое размножение растений. Схема строения цветка: 1 — завязь; 2 — столбик; 3 — рыльце; 4 — тычинки; 5 и 6 — пыльники в поперечном и продольном разрезах; 7 — ядро семяпочки; 8 — яйцеклетка; 9 — пыльцевход через внутренний покров семяпочки; 10 — обрезанные листочки околоцветника; 11 — нектарники; 12 — пыльца, попавшая на рыльце и прорастающая; 13 — пыльца, проросшая трубкой до пыльцевхода (9).

В следующую, световую стадию развития растение вступает только после окончания стадии яровизации.

У одних растений световая стадия протекает при укороченном, у других — при длинном дне. На севере летний день значительно длиннее, чем на юге.

К растениям короткого дня относятся виды южного происхождения (хлопчатник, просо), к растениям длинного дня — виды северного происхождения (пшеница, ячмень).

Оказалось, что, например, озимая пшеница после стадии яровизации не зацветает при коротком дне. Пшеница же, не прошедшая стадии яровизации, не цветет и при длинном дне. Растение, происходящее с юга, например хризантема, не зацветает при длинном дне и цветет, лишь если день не больше 12 часов.

Световая стадия, в отличие от стадии яровизации, может протекать только в зеленом растении, так как для изменений, характерных в этой стадии, необходимо образование питательных веществ в паренхиме листьев, содержащей хроматофоры.

Теория стадийного развития позволяет нам управлять цветением и плодоношением растений.