Жизнедеятельность организма растений, биохимические процессы

Видео: Что мы узнали о жизнедеятельности организмов

Основой всех внутрирастительных превращений является связь растений с окружающей средой. Через почвенный раствор при помощи корней в растение поступает основная часть необходимых элементов питания и часть органических соединений, а также кислород. Дополнительно небольшое количество минеральной пищи поступает через листья при внекорневых подкормках. Листья поглощают энергию солнечного света и углекислый газ из воздуха для образования с их помощью на свету путем фотосинтеза органических веществ, необходимых для роста и развития. В ночное время через листья из растений выделяется кислород. Элементы питания поступают в растение только с водой, которая передвигается по растению и, достигая листьев, обеспечивает в них процесс фотосинтеза.

Основным регулятором и контролёром поступления веществ в растение и их преобразований в нём является генетический (наследственный) код, заложенный в семени. Человек, заинтересованный в продуктивности культур, помогает растениям через почву, обеспечивая её плодородные свойства, и прямым воздействием на растения при помощи приёмов агротехники и поправки в нужную сторону микроклимата.

Однотипные биохимические реакции в растениях проходят при наличии одинаковых поглощенных элементов, но условия их протекания в разных видах растений требуют неодинаковых внешних условий.

Благоприятное прохождение всех фаз роста и развития каждого растения и формирования им размера продуктивной части при любых внешних условиях зависит, прежде всего, от полноценности семени, т. е. от набора и величины запаса в нём необходимых на первых порах жизни органических соединений.

Запасными веществами семян, необходимыми для их прорастания, являются белки, углеводы (крахмал), жироподобные соединения, органические кислоты, физиологически активные вещества (регуляторы роста, ферменты, витамины и др.). Разные группы этих веществ отделены друг от друга, чтобы между ними не происходило взаимодействия во время хранения семян. Регуляторы роста сосредоточены в зародыше семени, другие вещества – в его эндосперме и семядолях. После воздействия на семена влагой при посеве и соответствующей температурой начинается взаимный обмен веществ семени, распад одних и образование других, использование веществ растущим зародышем.

Семена содержат яблочную, лимонную, молочную и другие органические кислоты. При прорастании семян происходит увеличение содержания кислот, но в своих пределах у каждого вида и сорта. Они используются для дыхания проростков, образования аминокислот, Сахаров и прочих жизненно необходимых новому растению соединений. Органические кислоты служат своеобразным мостиком между обменом углеводов и азотистых соединений.

Видео: Видеоурок "Жизнедеятельность клетки, ее деление и рост"

Во многих семенах запасной формой углеводов является крахмал, который при прорастании под действием ферментов разлагается до сахаров. Соотношение разных сахаров изменяется по мере прорастания семени. Образующиеся сахара используются в процессе дыхания и для образования новых сложных соединений.

Увеличение количества сахаров при прорастании связано и с образованием их из жиров. Из последних образуются также и органические кислоты. Снижение количества жиров и их преобразование идёт при помощи разных ферментов, которые увеличивают свою активность по мере прорастания. Когда жироподобные соединения израсходованы, проростки начинают образовывать сахара за счёт фотосинтетической деятельности семядолей.

В прорастающих семенах под действием влаги и влияния ферментов происходит разложение (гидролиз) белков и образование аминокислот и других соединений. Образовавшиеся аминокислоты передвигаются в растущие части проростка, где некоторые из них преобразуются в сахара, а другие - в новые белки. Наряду с ферментами в превращениях белков и аминокислот принимает участие витамин В6. По мере прорастания семени идёт перераспределение ферментов в пользу нарастающих частей растения. С помощью ферментов из аминокислоты триптофана образуются ростовые вещества – фитогормоны. Многие из вновь образующихся аминокислот появляются в проростках лишь на короткое время и затем исчезают.

Наличие в семенах части свободных аминокислот позволяет проросткам использовать их на образование белков, не дожидаясь распада последних, находящихся в запасе.

Видео: Выделение

По мере развития проростка образование белков и аминокислот перемещается в точки роста, но по-разному: у одних растений они больше используются для нарастания корня, у других – надземных частей.

Нуклеиновые кислоты, находящиеся в семенах в качестве запасных веществ, при росте проростка передвигаются из семядолей в зародыш. Они несут в себе наследственную информацию, определяющую последующие процессы роста данного вида растения. Кроме них в семенах содержится в значительных количествах кислота, называемая фитиновой. При её разложении образуется неорганический фосфор и одновременно высвобождаются ионы магния, кальция и калия. Все эти элементы крайне важны для нормального протекания первоначальных биохимических реакций при прорастании семян. Соединения фосфора с витамином В служат источником энергии для этих реакций.

На основе приведенных сведений о процессах, протекающих в семенах после их посева, можно точнее определить причины замедленной всхожести или невсхожести вообще части семян. Как правило, причин бывает несколько или они зависят одна от другой.

Некачественность семян закладывается при их образовании, когда они под воздействием внешних условий и питания недополучают от материнского растения в необходимых количествах запасные соединения. Ухудшение качества может продолжаться при неправильной заготовке семян и оканчивается в условиях плохого хранения. При малом количестве запасных веществ в семенах расход их на дыхание может приводить к необратимым потерям для всхожести.

Предпосевная обработка усиливает качество более полноценных семян и лишь частично компенсирует недостаток некоторых соединений у семян менее качественных.

Внешние условия (свет, температура, влага) не сами по себе стимулируют (ускоряют, усиливают) или ингибируют (задерживают) всходы, а через воздействие на химический состав семян и происходящие в проростках биохимические превращения.

Никакими предпосевными обработками и благоприятными внешними факторами не компенсировать травмирование, щуплость семян, нарушение их оболочек.

Для нормального роста и развития растений в течение вегетационного периода необходим сначала опережающий рост корневой системы. При оптимальных почвенных условиях поглощающая поверхность корней в начале вегетации может превосходить поверхность листьев в несколько сот раз. В связи с этим необходимо ещё раз подчеркнуть, что обрыв корней у рассады овощных культур при высадке иногда сводит на нет ростовой забег, отодвигает сроки раннего урожая, значительно снижает его величину. Чем больше забег в росте корневой системы, тем крепче и устойчивей будет растение к неблагоприятным воздействиям среды.

Через корни в растения поступают все необходимые питательные элементы, вода и кислород. В корнях поглощенные элементы претерпевают первичные биохимические превращения и частично расходуются на их рост. Основная часть поглощённого переправляется с водой в надземные органы.

Элементы питания в виде ионов проникают через корневые волоски и другие поглощающие части корня. При этом они преодолевают сопротивление клеточных стенок и растительных перегородок (мембран) с помощью энергии, которую обеспечивают углеводы. Для поддержания в корне процессов поглощения необходимо постоянное содержание воздуха в корнеобитаемом слое.

В корневой системе протекают специфические процессы переработки поглощённых соединений азота в органические вещества, обладающие высокой физиологической активностью. Здесь происходит образование ростовых гормонов, определяющих поддержание растительных тканей в функциональном состоянии.

Поглощенные корнями нитраты подвергаются восстановлению и дальнейшей переработке, но из других соединений азота они в корнях не возникают. В корнях образуются белки. От скорости этого процесса зависит рост корней в длину и их ветвление.

При наличии питательных элементов и Сахаров корни способны образовывать жиры и другие вещества, необходимые для роста вновь возникающих органов надземных частей растений.

Корни могут задерживать питательные элементы при их избыточном поступлении и сопутствующие элементы, оказавшиеся в почве. При поступлении тяжёлых металлов и других вредных соединений основная их масса остаётся в корнях, не достигая отдалённых надземных органов, особенно репродуктивных.

Видео: Растительные клетки (Научфильм, учебное видео СССР)

На почвах высокого плодородия корни не только активно поглощают питательные вещества, но и выделяют в почву органические кислоты, азот, фосфор, калий, кальций, железо. Выделенные из корней вещества могут снова поглощаться в определённых количествах. На бедных почвах таких выделений обычно не бывает, что затрудняет дополнительное питание растений. В процессе дыхания через корни выделяется также углекислый газ. При недостатке кислорода в почве корни выделяют уксусную и щавелевую кислоты, которые связывают ряд питательных элементов и делают их недоступными для поглощения.

Охлаждение корней при понижении температуры воздуха и поливах холодной водой снижает эффективность дыхания, нарушает энергетический обмен и биохимические реакции, в них происходящие.

Образованию в корнях углеводов способствует умеренная температура и высокая влажность почвы, а сухость почвы и повышенная температура стимулируют синтез белков.

Охлаждение корневой системы в начальный период роста оказывает заметное отрицательное влияние на последующие ростовые и органообразовательные процессы в растениях, на процессы превращения в них органических и минеральных веществ.

Корень постоянным ростом обеспечивает непрерывное поступление воды с растворёнными в ней питательными веществами по всем частям растения.

Работа корня тесно связана с процессом дыхания, который зависит от наличия углеводов. Фотосинтетическая деятельность листьев является основным двигателем тока веществ из корней в надземные части.

С отрастанием корня и началом фотосинтеза (сначала в семядольных, затем в настоящих листьях) растение становится целостной системой, в которой непрерывно происходят реакции образования и распада сложных соединений, включающих и все элементы минерального питания. Последние находятся в растительных органах, или в составе солей соответствующих кислот, или в органических соединениях. В чистом виде элементы ядовиты для растений.

Процесс фотосинтеза в листьях происходит с помощью поглощаемой ими солнечной энергии и углекислого газа, с участием поглощённых корнями элементов питания. Углекислый газ после поглощения восстанавливается с помощью промежуточного продукта – водорода, а последний образуется при разложении воды.

Фотосинтез является единственным источником образования органических соединений из неорганических веществ в живой природе. Главным продуктом его являются углеводы, добавочным – белки.

Все процессы роста и развития растений определяются двумя основополагающими видами биохимических реакций - фотосинтезом и дыханием. Если первый постоянно накапливает органические вещества, то второй их преобразует и расходует с помощью выделяющейся при этом энергии.

Процесс дыхания обеспечивает растительный организм высокоактивными веществами, принимающими участие в обмене веществ на уровне клеток. Остановка или даже значительное замедление дыхания вызывает остановку или глубокое отрицательное изменение жизненных процессов растений, а в конечном итоге влияет на урожайность.

Главным дыхательным материалом являются углеводы (сахара). Если углеводы израсходованы или их не хватает, растения переходят на дыхание за счёт белков, которые всегда имеются в любой клетке.

Э. Феофилов, заслуженный агроном России

Источник: http://gazetasadovod.ru