Каким образом одна оплодотворенная яйцеклетка может стать источником большого количества тканей и органов. которые образуют целостный организм? Учеными было доказано, что нормальное развитие возможно только от
взаимодействия внешних и внутренних факторов. К внешним у растений относятся: свет, температура, длина светового дня, влажность, .... А к внутренним? Основные внутренние факторы, регулирующие рост и развитие растений имеют химическую природу и к ним относятся гормоны. Именно растительные гормоны играют основную роль в регуляции роста. Термин «гормон» был введен физиологами, что означает органические вещества, образующиеся в одной ткани, а затем транспортируются в другие, где вызывают определенный физиологический эффект. Гормоны активны в очень небольших количествах. В этом их сходство с гормонами в животном организме и человека. Один физиолог вычислил массу гормона по отношению к массе побега и выяснил, что это можно сопоставить как иголку в 20-тонной стоге сена.
Слово «гормон» произошло от греческого слова «hormaein», что означает возбуждать. Но на сегодняшний день выяснено, что многие гормоны проявляют тормозящее действие. Поэтому эти биологически активные вещества рассматривают не как стимуляторы, а как химические регуляторы. Толчок к изучению растительных гормонов дало открытие ауксина.
Ауксин.
Одним из первых экспериментов по изучению регуляций роста предстоит еще Чарльзу Дарвину. Согласно его исследованиям было определено, что от верхней части к нижней передается некий стимул, который заставляет стебель сгибаться. В 1926 г. голландский физиолог Ф.В.Венту удалось выделить этот «стимул» с верхушек побегов. Позже была доказана роль ауксина в регуляции растяжение клеток верхушечных почек, но в то же время он тормозит рост боковых почек.
Ауксин проявляет различное влияние на растение в зависимости от времени воздействия, вида растений, типа тканей. В высоких концентрациях ауксин токсичен.
1. Ауксин увеличивает пластичность клеточной оболочки. Когда она смягчается, клетка увеличивается в размерах за счет тургорного давления. По мере его уменьшения, клетка поглощает воды больше и продолжает разрастаться до тех пор, пока не встретит достаточного сопротивления со сторонни оболочки.
2. Ауксин влияет на дифференциацию проводящей ткани в побеге, который растет. Если в стебле перерезать или удалить части сосудистых пучков, то из клеток сердцевины образуются новые проводящие ткани, которые устанавливают связь с пучками неповрежденных участков. А если удалить листья и почки выше места среза, то формирование новых клеток задержится и добавив ауксин до черешка листа, оставшийся над местом среза, формирование сосудистой ткани восстанавливается. Итак, ауксин играет роль в присоединении сосудистых тяжей, листьев, развивающихся в сосудистых пучков стебля.
3. У деревьев ауксин способствует росту камбия. Когда весной начинают делиться клетки меристематических зоны побега, то ауксин, поступая из верхушки побега, стимулирует деление клеток камбия и образование вторичной флоэмы и вторичной ксилемы.
4. Практически было выяснено, что ауксин способен стимулировать образование дополнительных корней у черенков. Это позволяет размножать растения вегетативным путем. Но необходимо знать, что избыточное количество ауксина приводит к торможению дальнейшего роста растения.
5. Ауксин ускоряет рост плодов. Особенно интересно, что обрабатывая ауксином женские части, у растений начинают развиваться плоды без оплодотворения, например, бессемянных томатов, огурцов, баклажанов. Кроме этого ауксин содержится в образованном семенах. Например, в садовой клубники семена находятся снаружи суничины и, если удалить семечки с цветоложа во время его развития, то нормальный плод не сформируется. Или, если удалить небольшую часть семян, то цветоложе будет развиваться только там, где семена осталось. При искусственной обработки ауксином, рост плода будет продолжаться дальше.
6. Ауксин действует на опадение листьев и других частей растения. Если необходимо задержать опадение листьев, цветков, плодов, то растение обрабатывают ауксином искусственно. Это имеет большое значение в сельском хозяйстве. На плантациях цитрусовых это используется чаще всего и это позволяет получить большие урожаи.
7. Синтетические ауксины широко используются для борьбы с сорняками.
Открытие ауксина стимулировало поиск других типов химических веществ, регулирующих рост растений.
Цитокининов.
Цитокинины были открыты благодаря их способности ускорять деление клеток и формирование почек. Пожелтение листьев связано с потерей хлорофилла. Это явление можно предупредить обработкой цитокининов. Например, на срезанные листья нанести пятнами цитокининов, то эти пятна останутся зелеными, а остальные части пожелтеют. Учеными было исследовано, что старение частей растений происходит вследствие постепенного «отключение» отдельных генов с последующей потерей способности к синтезу м-РНК и белка. Итак, цитокинины препятствуют исключению этих генов и способствуют продлению синтеза гормонов и образованию соединений, например, хлорофилл. Но в каких частях растения образуется цитокининов неизвестно: в корне, или в районе растяжение клеток, или ниже верхушки побега. Зато в плодах, которые развиваются, его очень много.
Этилен.
Биологическая история этилена началась с XIX в., Когда городские улицы освичувались лампами, в которых горел газ. Немецкие ученые заметили, что утечка газа из светильников вызывает опадение листьев у растений, которые растут вдоль тиневои стороны городских улиц. Позже это было доказано во многих городах. Лишь в 1901 г. доказали, что компонентом светильного газа является этилен. Ученые наблюдали, когда обработать таким газом проростки, они начинают менять направление роста. Позднее было доказано, что этилен оказывает большое влияние почти на все процессы роста, развития и старения растений.
1. Этилен имеет значение для созревания плодов. По мере постепенного созревания в них происходят постоянные изменения: в недозрелых плодах разрушается хлорофилл, а проявляются в действии другие пигменты, изменяющие окраску. Мясистая часть становится мягкой. Таким образом, этилен, как естественный продукт, выделяется многими растительными тканями, плодами, цветами, листьями, безлистном стеблями и корнями растений, а также некоторыми видами грибов. На сегодняшний день этиленом обрабатывают томаты, для ускорения их созревания, которые собирают зелеными. Этилен также используется для ускорения созревания орехов и винограда.
2. Этилен способствует осыпанию листьев, цветков и плодов. В листьях этилен активизирует ферменты, вызывающие разрушение клеточных оболочек, связанные с опадением. Поэтому этилен используют на практике для легкого отделения плодов вишни, ежевики, черники, винограда, позволяя провести механический сбор урожая. Он также используется для разряжения садов.
3. Этилен используется для изменения пола цветков в однодомных растений. Им обрабатывают мужские цветки, чтобы увеличить количество женских, следовательно увеличить урожай.
Таким образом, этилен - газообразный гормон, который образуется в результате неполного сгорания углеводородов. Он относится к природных регуляторов роста и вызывает род физиологических реакций.
Гиббереллин.
Такие гормоны как гиббереллины были выделены в начале ХХ ст .. и долгое время не изучались. Впервые они были выделены из паразитических грибов, которые нарушают нормальный рост сеянцев риса. Сегодня стало известно, что они содержатся во всех частях растений в различных концентрациях.
1. Наибольшая концентрация их в недозрелых семян. К прорастанию семян находится в состоянии покоя, который может прерываться холодом или светом. Гиббереллины могут заменить факторы, способствующие росту зародыша и появлению проростков.
2. Большинство растений в первый год жизни образуют лишь розетку листьев. А цветы и плоды появляются уже на второй год. Поэтому, обрабатывая гиббереллин, получают семена уже в первый год.
3. Гиббереллины стимулируют прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок у многих растений. Этим они могут вызвать образование партенокарпических плодов у яблони, смородины, огурцов, баклажанов. Не обошло это и цитрусовые, и персиковые деревья, и орехоплодные. Гиббереллины стимулируют прорастание семян злаков.
Абсцизовая кислота - гормон, который был найден в спящих почках и плодах. Было выяснено, что этот гормон тормозит рост. Во многих случаях, абсцизовая кислота вызывает действие, противоположное всем остальным, стимулирующим рост, гормонам.
Таким образом, гормоны представляют собой важные химические регуляторы роста, которые образуются в одних тканях организма, а затем транспортируются в другие, где проявляется их физиологическое действие. Они активны в очень малых количествах.
Действие растительных гормонов зависит от свойств тканей и окружающей их химической среды. Успехи в исследованиях гормонов сделали возможным вмешательство в генетику растений.