Влияние экологических факторов на рост. Как свет влияет на рост растений
Влияние экологических факторов на рост
Свет как фактор, регулирующий рост и развитие растений
Действие света на растение подразделяется на фотосинтетическое, регуляторно-фотоморфогенетическое и тепловое (К). К. Росс, 1977). Свет действует на рост через фотосинтез, для которого требуются высокие уровни энергии. При слабой освещенности растения плохо растут. Однако кратковременный рост происходит даже в темноте, например при прорастании, что имеет приспособительное значение. Удлинение ежедневного освещения в теплицах усиливает рост многих растений. По отношению к интенсивности освещения растения делятся на светолюбивые и теневыносливые.
Свет определяет многие фотобиологические явления: фотопериодизм, фотоморфогенез, фототаксисы, фототропизмы, фотонастои и др. Наиболее активно регулируют рост красные и синефиолетовые лучи.
Эти пигменты поглощают ничтожную часть падающего наго излучения, которая используется для переключения метаболических путей (А. А. Красновский, 1975).
Система красный/дальний красный свет. Фотоморфогенетическое воздействие красного света на растение осуществляется через фитохром. Фитохром - хромопротеид, имеющий сине-зеленую окраску. Его хромофор-это незамкнутый тетрапиррол. Белковая часть фктохрома состоит из двух субъединиц (рис. 129). Фитохром существует в растениях в двух формах (Фба) и Ф_о), которые могут переходить одна в другую, меняя свою физиологическую активность. При облучении красным светом (КС- 660 им) фитохром Фба) (или Фк) переходит в форму Ф7зо (или Фдк). Трансформация приводит к обратимым изменениям конфигурации хромофора и поверхности белка. Форма Ф_о является физиологически активной, контролирует многие реакции и морфогенетические процессы в растущем растении, темпы метаболизма, активность ферментов, ростовые движения, скорость роста и дифференциации и др. Действие красного света снимается короткой вспышкой дальнего красного света (ДКС - 730 им). Облучение ДКС переводит фитохром в неактивную (темповую) форму Фббо (рис. 130). Активная форма Ф7эо нестабильна, на белом свету медленно распадается. В темноте Фдк разрушается или под действием дальнего красного света превращается в Фк. Таким образом, система Красный свет (КО Фк _ Фдк Дальний красный свет составляет комплекс реакций, запускаемых переходом от темноты к свету. Реакции метаболизма растений, управляемые фотохромом, зависят от концентрации Ф_о и соотношения Ф_о/Фббо. Обычно они начинаются, если 50 % фитохрома представлено формой Ф_.
Фитохром в растении. Фитохром обнаружен в клетках всех органов, хотя его больше в меристематических тканях. В клетках фитохром, очевидно, связан с плазмалеммой и другими мембранами.
Фитохром участвует в регуляции многих сторон жизнедеятельности растений: прорастании светочувствительных семян, открытии крючка и удлинении гипокотиля проростков, развертывании семядолей, дифференциации эпидермиса и устьиц, дифференциации тканей и органов, ориентации в клетке хлоропластов, синтезе антоциана и хлорофилла. Красный свет тормозит деление и способствует удлинению клеток, растения вытягиваются, становятся тонкостебельными (густой лес, загущенный посев). Вспомним, что на красном свету в качестве первичных продуктов фотосинтеза образуются преимущественно углеводы, а на синем-аминокислоты (Н. П. Воскресенская, 1965). Фитохром определяет фотопериодическую реакцию растений, регулирует начало цветения, опален не листьев, старение и переход в состояние покоя. В теплицах красный свет способствует образованию корнеплодов у репы, утолщению стеблеплодов кольраби. Фитохром участвует в регуляции метаболизма фитогормонов в различных органах растения.
Влияние синего света на рост растений. Синий свет также регулирует многие фотоморфогенетические и метаболические реакции растений. Фоторецепторами синего света считаются флавины и каротиноиды. Желтый пигмент рибофлавин, рецептирующий синий - ближний ультрафиолетовый свет, который назвали криптохромом, присутствует у всех растений. В ультрафиолетовой части спектра (320-390 им), вероятно, работает еще одна рецепторная система, включающая производные пиразина-пиримидина, или птерины. Рецепторы претерпевают редокс-превращения, быстро передавая электроны другим акцепторам. Фототропизм растений определяется рецепторным комплексом стеблевого апекса, включающего, по-видимому. криптохром и каротиноиды. Рецепторы синего света имеются в клетках всех тканей, локализованы в плазмалемме и в других) мембранах.
Синие и фиолетовые лучи стимулируют деление, но задерживают растяжение клеток. По этой причине растения вксокогорных альпийских лугов обычно низкорослы, часто розеточны.
Синий свет вызывает фототропический изгиб проростка и других псовых органов растений путем индукции латерального транспорта ауксина. Растения при недостатке синего цвета в загущенпых посевах и посадках вытягиваются, полегают. Это явление имеет место в загущенных посевах и посадках, вителлинах, стекла которых задерживают синие и сине-фиолетовые лучи. Дополнительное освещение синим светом позволяет в теплицах получить высокий урожай листьев салата, корнеплодов редиса.
Синий свет влияет также на многие другие процессы: угнетает прорастание семян, открывание устьиц, движение цитоплазмы н хлоропластов, развитие листа и др. Ультрафиолетовые лучи обычно задерживают рост, однако в небольших дозах могут стимулировать его. Жесткий ультрафиолетовый свет (короче 300 им) обладает мутагенным и даже смертоностным действием, что актуально в связи с утончением озонового слоя Земли.
Механизм действия фоторецепторов. Предложено несколько гипотез механизма регуляторного действия света на растения.
Н е п о с р е д с т в е н н о е д е й с т в и е н а г е н е т и ч е с кий аппарат. Фоторецепторы при возбуждении их светом непосредственно действуют на генетический аппарат растений, способствуя биосинтезу необходимых белков. Так, в ядре и хлоропласте фитохром регулирует синтез соответственно малой и большой субъединиц РБФ-карбоксилазы. В ядерном геноме синий свет ускоряет экспрессию генов комплекса фермента нитратредуктазы.
Р е г у л я ц и я у р о в ние ак т и в н о с т и ф и т о г о р онов. Принимая во вниманне, что фитогормоны являются одним из ближайших к фотохрому звеном метаболической цепи, обеспечивающей рост и морфогенез растения, предполагается следующая последовательность элементов цепи: свет -» фпто_ом --» геном -> фитогормоны -> общие звенья метаболизма -> рост и морфогенез. В большинстве случаев К-С, повышая в тканях уровень гиббереллинови цитокинпнов, снижает содержание ауксина и этилена. Это действие красного света снимает ДКС. В листьях пшеницы п ячменя КС увеличивает уровень гиббереллинов в результате их синтеза или выхода из этиопластов. ДКС устраняет этот дефект КС.
В л и я н и е н а ф у н к ц и о н а л ь н у ю а к т и в н о с т ь м е мЪ р а н. Основным результатом действия красного света является регуляция функций мембран (В. В. Полевой, 1991). Наиболее быстро под действием света изменяются электрические характеристики мембран клеток и тканей облучаемых органов растений, что, по-видимому, вызывает определенный физиологический эффекта в том числе новообразование фитогормонов и активацию некоторых генов.
В опытах Т. Танада (*968) кратковременное облучение (30 с) КС кончиков корней (5 мм) проростков ячменя и маша в растворе вызывало «прилипание» отрезков корней к стеклянным стенкам сосуда, заряженным отрицательно. В темноте отрезки корней опускались на дно сосуда. В опыте облучение К-С вызывало быстрое изменение заряда клеток корневого чехлика на положительный, что приводило к прилипанию отрезков. Изменение потенциалов под действием КС и ДКС наблюдается и на поверхности этиолированных колеоптилей. Изменение трансмембранного электрического потенциала и транспорта ионов (Н_, К._, С1") обеспечивает работу клеток устьичного комплекса. никтинастические движения листьев бобовых растений.
Красный свет способствует поступлению Са__ в клетки, образованию комплекса кальмодулин-Са, участвующего в реакциях фосфорилирования белков. Мембранные эффекты фитохрома. изменения в структуре и функциях мембран, возможно, влияютна содержание фитогормонов в тканях и экспрессию генома растения. Синий свет, поглощаемый флавиновым компонентом редокс-цепей, в клеточных мембранах оказывает влияние на многие метаболические процессы_ в том числе на ионные потоки и величину мембранного потенциала.
Прямое влияние света на активность фермента.
Оно проявляется в том, что молекула пигмента, являющаяся частью фермента, возбуждается квантом света, вызывая изменение конформации белковой части фермента, а следовательно, и его активности. Так, синий свет (460-475 им) при очень коротких экспозищадх (30 с) активирует в процессе фотосинтеза включение 14СО2 в аминокислоты, что, очевидно, объясняется увеличением активности нитратредуктазы. Активность нитратредуктазы при облучении тканей синим светом возрастает сильнее, чем при действии красным светом.
Инициация процессов переноса электронов. Свет включает фоторецепторы и инициирует процессы метаболического переноса электронов в мембранах, тесно связанные с перемещением протонов. Далее образуются соединения, приводящие к конечному физиологическому ответу-действию на рост и морфогенез растений (А. А. Красновский, 1975). Электроны, образующиеся при окислении субстрата, могут использоваться в реакциях восстановления, в том числе нитратов, а протоны подкисляют клеточную стенку или остаются в клетке, вызывая деполяризацию МП.
studfiles.net
Как свет влияет на растения: доступная биология
#1
Свет, как и другие внешние факторы, является для растений не только источником энергетического питания, но и раздражителем. Они реагируют на направление солнечного света движением. Например, медленным или ускоренным ростом по направлению к свету или от него. Такие ответные реакции называются тропизмами, их регулируют специальные химические вещества. Где бы не находились растения, они всегда поворачиваются к свету. Это лишь один из примеров как свет влияет на растения.
#2
В кончиках листьев и стеблей есть вещества, способствующие росту, они задерживают образования твердой клеточной стенки, что позволяет воде всасываться. В результате чего клетка увеличивается, растягивается и растение вырастает. Вода помогает сохранить стеблям вертикальное положение. С помощью корней растение впитывает влагу из почвы, а вместе с ней растворенные минеральные вещества. Они нужны для дальнейшего роста и развития. Если не знать, как влияет вода на растения, то из-за ее недостатка растение может погибнуть.
#3
Свет и вода самые главные факторы, влияющие на жизнь и рост растений. Они настолько взаимосвязаны, что отсутствие одного из них замедляет или вовсе прекращает жизненный цикл растения. Без света невозможен фотосинтез. Зеленый пигмент хлорофилл использует энергию солнечного света для реакции соединения углекислого газа с водой, в результате образуется глюкоза, она растворяется в соке и разносится по всему растению. Как называется наука о растениях, в которой изучаются такие интересные факты?
#4
Ботаника – это наука о жизни и развитии растений, раздел биологии. Изучая эту науку можно узнать о растениях много необычного и чрезвычайно интересного. Например, как узнать возраст растения, почему цветы раскрывают и закрывают свои лепестки, зачем осенью они теряют листву. О том, как и чем, питаются некоторые растения хищники, о таинственных грибах и водорослях. Специальная справочная литература подскажет, как узнать название комнатного растения.
#5
Чтобы весь этот прекрасный и разнообразный зеленый мир появился на свет, должно произойти самое главное таинство – опыление. Это по истине ювелирное искусство, тончайший природный механизм опыления дает начало новому растению. Каждое пыльцевое зерно содержит женскую и мужскую половую клетку, после их соединения происходит оплодотворение и развивается семя. На помощь растениям приходят ветер, насекомые, вода, птицы. С ответа на вопрос о том, как происходит опыление у растений, начинается наука об их жизни, росте и развитии – ботаника.
#6
После опыления, семязачаток превращается в семя. В нем находится зародыш нового растения и запас всех питательных веществ. Это нужно потому, что растение не может добывать себе пищу до тех пор, пока у него не вырастут корни и листья. Из завязи вокруг семени развивается плод, своего рада защита от преждевременной гибели. Ягоды, стручки, орехи это все плоды. Им необходимо упасть в землю как можно дальше от родительского растения, чтобы не соперничать с ним за территорию, свет, воду. И они успешно с этим справляются.
uznay-kak.ru
Влияние света на роста растения, Светодиодные лампы, Светодиодные светильники для растений
Свет является не только источником энергии, контролирующим фотосинтез, но и сигналом, влияющим на многие аспекты роста и развития растений, включая прорастания семян, деэтиоляцию и т.д. Изменения в развитии растений, связанные со светом являются результатом фотоморфогенеза.
Как правило, фотоморфогенез подразумевает под собой процессы, происходящие в растении, включая рост, развитие и деление клеток, под влиянием света различного спектрального состава и интенсивности. Растения, которые растут в темном месте, обладают маленьким листьями, а растения, которые растут в освещенном месте, отличаются большими листьями. Непрерывное деление и увеличение клеток приводит к изменению листьев. Все это проявление фотоморфогенеза.
Фотоморфогенез растений можно разделить на два вида: реакция, вызванная красным светом и реакция, вызванная синим светом. Увеличение листьев вызвано красным светом. Открытие устьиц, деление и функционирование хлоропластов вызвано синим светом. Фоторецептором, поглощающим красный свет, является фитохром. Фитохром присутствует практически во всех высокоорганизованных растениях. Фитохром - это своего рода белок, который существует в двух взаимопревращающихся формах. Одна форма поглощает красный свет (Pr), другая форма поглощает дальний красный (Pfr). Первая форма пигмента отличается сине-зеленым цветом, вторая - светло-зеленым светом. Фоторецептор, который поглощает синий свет, называется фоторецептором синего света.
Красный свет способствует цветению, прорастанию почек, росту стеблевых листьев, опадению листьев, спячке почек, этиоляции и т.д. Синий свет способствует открытию устьиц, увеличению количества белка, синтезу хлорофилла, делению и функционированию хлоропластов, сдерживанию роста стебля.
1.1 Влияние света на прорастание семян После впитывания влаги, на рост семян значительное влияние оказывает свет. Некоторые семена смогут прорасти только при наличии солнечного освещения. Однако есть и такие семена, которые для прорастания не нуждаются в свете, или даже такие семена, прорастание которых будет сдержано при освещении. Более того, существуют семена, которые смогут прорасти при кратковременном освещении, однако при длительном освещении их прорастание остановится.
Для роста семян также исключительно важным является качество света. При белом, синем и желтом свете в тени семена огурцов вполне смогут прорасти. Однако при длительном освещении красного и зеленого света, рост семян может остановиться. Некоторые семена замачивают в растворе гиббереллина, что исключает необходимость семян в свете. Даже при замачивании семян, которые не нуждаются в свете, гиббереллин сможет вызвать некоторые раздражительные реакции. Красный свет может способствовать увеличению количества гиббереллина в замоченном горохе, дальний свет приводит к уменьшению количества данного гормона.
1.2 Влияние света на рост листьев Несмотря на различие в скорости роста листьев между растением (на протяжении некоторого времени), которое находится в тени и растением в освещенном месте, при недостаточном освещении листья обеих видов растений не смогут нормально развиваться и расти. Свет стимулирует рост листьев посредством усиленного деления клеток. Размер клеток двух вышеописанных растений не имеет особого различия. Скорость деления клеток листьев растений, находившихся в освещенном месте, больше, чем у листьев растений, находившихся в тени. Свет является основным фактором, стимулирующим развитие и созревание листьев.
1.3 Влияние света на рост стебля Скорость роста стебля растений днем намного больше, чем в вечернее время. При одинаковой интенсивности освещения, синий свет тормозит рост стеблей, а красный свет, наоборот, стимулирует их рост. При прорастании растения в тени, синий свет оказывает наименьшее воздействие, зеленый свет практически не оказывает воздействия. Это, в свою очередь, доказывает, что свет по-разному влияет на этиолированный ростки и позеленевшие ростки. Эффект воздействия фитохрома в двух данных случаях также не одинаков. Длинноволновое излучение, представленное красным светом, способствует вытягиванию стебля, коротковолновое излучение, представленное синим цветом, затормаживает вытягивание стебля в высоту. Красный свет стимулирует удлинение клеток, синий свет - наоборот. Несмотря на то, что синий свет препятствует удлинению черешка, однако он увеличивает размер листьев в ширину. Для нормального роста растения необходим не только красный свет, позволяющий ускорить рост, но и синий свет, позволяющий сделать растения более сильными.
1.4 Влияние света на формирование хлорофилла Как мы все знаем, формирование хлорофилла не возможно без участия света. Соотношение хлорофилла a и b - 3:1. Растущие клетки растений, находящихся в тени, содержат малое количество каротина. Однако в процессе зеленения, это количество увеличивается в 10 раз. Самое большое количество хлорофилла вырабатывается при синем свете, меньшее - при белом и красном, самое меньшее - при зеленом свете и в тени. При разном свете, соотношение хлорофилла a и b также не одинаковое. Самая большая разница в соотношении a и b при желтом и синем свете. Красный свет способствует большой выработке хлорофилла типа а. Для светолюбивых растений подходит синий свет, для тенелюбивых растений подходит красный свет.
1.5 Влияние света на образование антоциана В некоторых органах многих растений образуется цветной пигмент - антоциан. Для формирования данного пигмента требуется достаточное количество растворяемых сахаров, образующихся в процессе фотосинтеза. Свет может также способствовать формированию антоциана при помощи других способов. При обычных условиях, синий цвет способствует выработке антоциана. Для формирования антоциана излучение должно быть достаточно интенсивным. Если в течение нескольких часов освещать ростки сорго синим светом, а затем поместить их в темное место, количество антоциана будет постепенно увеличиваться. Однако если сначала освещать ростки синим светом, а затем в течение некоторого времени красным дальним, то в итоге образуется только половина пигмента.
1.6 Влияние света на процесс цветения Соотношение между длительностью светового периода и периода темноты называется фотопериодом. Общая протяженность суток -24 часа, однако в зависимости от разной широты и времени года, протяженность дня и ночи неодинаковая. В зависимости от разных климатических условий и места произрастания, фотопериод у разных растений неодинаков. Цветение, опадение листьев, спячка почек - всё это является реакцией растения на изменение фотопериода.
Растения, которые готовы начать цвести, зацветут при наступлении подходящего фотопериода. Количество дней до начала цветения определяется возрастом растения. Чем старше растение, тем оно быстрее зацветет. Под воздействием фотопериода оказываются листья растений. Чувствительность листьев к изменению фотопериода связана с возрастом растения. Чувствительность старых листьев и молодых листьев неодинаковая. Наиболее чувствительными к изменению фотопериода являются растущие листья.
Интенсивность света, способствующая цветению, не так уж велика - от 50лк до 100лк,именно поэтому она не является абсолютным фактором цветения растений.
Накопление питательных веществ и рост растений регулируются красным светом и красным дальним светом, размножение определяется, синим светом и близким ультрафиолетовым светом. Фитохром, находящийся в листьях, может принимать сигналы красного света и дальнего света. Растение готовое к цветению, зацветет, если последнее излучение будет красным дальним светом.
Способ измерения фотосинтеза Существуют множество факторов, влияющих на процесс фотосинтеза в растениях, а именно: вегетативный период, возраст растения, разное расположение растений, вода, свет, тепло, углекислый газ, скорость ветра. Для измерения фотосинтеза лучше всего выбрать два растения с одинаковыми вышеупомянутыми факторами, т.е с одинаковым вегетативным периодом, одинаковым возрастом, расположением листьев и т.д. В основном отбираются листья, в которых процесс фотосинтеза будет протекать особенно активно. Лучше всего проводить измерение в солнечную погоду. Три вида культур, включая пшеницу, рис и хлопок, характеризуются активным протеканием процесса фотосинтеза с 9:30 до 11:30 и остановкой фотосинтеза с 12:00 до 14:00. Такие культуры, как кукуруза, сорго, сахарный тростник и т.д. отличаются активным протеканием фотосинтеза в установленное время с 11:00 до 14:00. После продолжительных пасмурных дней, способность листьев к фотосинтезу значительно снижается. Не стоит проводить исследования сразу после улучшения погоды, лучше всего подождать один - два дня.
www.light-manufacturer.ru
