Биологические ритмы в жизни растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Мордовский государственный педагогический институт имени М.Е. Евсевьева»

Факультет естественно-технологический

Кафедра биологии, географии и методики обучения

Реферат

Биологические ритмы в жизни растений

Выполнил(а):

Рыбина Ю.А.

студентка естественно-

технологического факультета

4 курса очной формы обучения

Проверил(а):

Лабутина М.В.,

кандидат биологических наук

доцент кафедры биологии

Саранск 2013

Содержание

биоритм гомеостаз цветочный гормон

Введение

1. Общее понятие биоритмов

2. Цветочные часы

3. Гормоны растений

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Все живое на нашей планете несет отпечаток ритмического рисунка событий, характерного для нашей Земли. Многим доводилось наблюдать, как утром распустившиеся цветы растений, уже через некоторое время начинают собирать бутоны. Такая смена объясняется естественными биологическими ритмами. В сложной системе биоритмов, от коротких - на молекулярном уровне - с периодом в несколько секунд, до глобальных, связанным с годовыми изменениями солнечной активности живет и человек. Биологический ритм представляет собой один из важнейших инструментов исследования фактора времени в деятельности живых систем и их временной организации.

Биологические ритмы или биоритмы - это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных клетках, тканях и органах, в целых организмах и в популяциях.

1. Общее понятие биоритмов

Биологические ритмы или биоритмы - это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных клетках, тканях и органах, в целых организмах и в популяциях. Наука, изучающая роль фактора времени в осуществлении биологических явлений и в поведении живых систем, временную организацию биологических систем, природу, условия возникновения и значение биоритмов для организмов называется -- биоритмология. Биоритмология является одним из направлений, сформировавшегося в 1960-е гг. раздела биологии -- хронобиологии. На стыке биоритмологии и клинической медицины находится так называемая хрономедицина, изучающая взаимосвязи биоритмов с течением различных заболеваний, разрабатывающая схемы лечения и профилактики болезней с учетом биоритмов и исследующая другие медицинские аспекты биоритмов и их нарушений. [1]

Выделим следующие важные достижения хронобиологии:

1. Биологические ритмы обнаружены на всех уровнях организации живой природы - от одноклеточных до биосферы. Это свидетельствует о том, что биоритмика - одно из наиболее общих свойств живых систем.

2. Биологические ритмы признаны важнейшим механизмом регуляции функций организма, обеспечивающим гомеостаз, динамическое равновесие и процессы адаптации в биологических системах.

3. Установлено, что биологические ритмы, с одной стороны, имеют эндогенную природу и генетическую регуляцию, с другой, их осуществление тесно связано с модифицирующим фактором внешней среды, так называемых датчиков времени. Эта связь в основе единства организма со средой во многом определяет экологические закономерности.

4. Сформулированы положения о временной организации живых систем, в том числе - человека - одним из основных принципов биологической организации. Развитие этих положений очень важно для анализа патологических состояний живых систем.

5. Обнаружены биологические ритмы чувствительности организмов к действию факторов химической (среди них лекарственные средства) и физической природы. Это стало основой для развития хронофармакологии, т.е. способов применения лекарств с учетом зависимости их действия от фаз биологических ритмов функционирования организма и от состояния его временной организации, изменяющейся при развитии болезни.

6. Закономерности биологических ритмов учитывают при профилактике, диагностике и лечении заболеваний. [2]

Ритм - это универсальное свойство живых систем. Процессы роста и развития организма имеют ритмический характер. Ритмическим изменениям могут быть подвержены различные показатели структур биологических объектов: ориентация молекул, третичная молекулярная структура, тип кристаллизации, форма роста, концентрация ионов и т. д. Установлена зависимость суточной периодики, присущей растениям, от фазы их развития. В коре молодых побегов яблони был выявлен суточный ритм содержания биологически активного вещества флоридина, характеристики которого менялись соответственно фазам цветения, интенсивного роста побегов и т. д. Одно из наиболее интересных проявлений биологического измерения времени - суточная периодичность открывания и закрывания цветков и растений. Каждое растение "засыпает" и "просыпается" в строго определенное время суток. Раскрытие и закрытие цветков зависит и от многих условий, например, от географического положения местности или времени восхода и заката солнца.

Центральное место среди ритмических процессов занимает циркадианный ритм, имеющий наибольшее значение для организма. Понятие циркадианного (околосуточного) ритма ввел в 1959 году Халберг. Циркадианный ритм является видоизменением суточного ритма с периодом 24 часа, протекает в константных условиях и принадлежит к свободно текущим ритмам. Это ритмы с не навязанным внешними условиями периодом. Они врожденные, эндогенные, т.е. обусловлены свойствами самого организма. Период циркадианных ритмов длится у растений 23-28 часов, у животных 23-25 часов. Поскольку организмы обычно находятся в среде с циклическими изменениями ее условий, то ритмы организмов затягиваются этими изменениями и становятся суточными. [3]

2. Цветочные часы

Еще в Древней Греции и в Древнем Риме высаживались цветочные часы - специально подобранные растения, цветки которых раскрываются и закрываются в разное время суток. Тогда этому приписывалось мистическое значение (у многих древних народов существовала целая система обрядов, именовавшаяся цветочной магией). А знаменитый шведский естествоиспытатель Карл Линней подошел к вопросу с научно-практической точки зрения и устроил их сначала в своем саду, а затем на городской клумбе в городе в Упсале в начале XVIII века и назвал «Часы Флоры». Но этому предшествовали длительные и тщательные наблюдения, по которым он написал трактат «Somnus plantarum» («Сон растений»). Создавая природные часы, ученый использовал множество растений, чтобы по ним можно было ориентироваться во времени с ранней весны до поздней осени. И цвели на той клумбе одуванчик, лен, картофель, сарана, кислица. Правда, в пасмурную погоду, а тем более в дождливую такие часы не действовали. А в наши дни цветочные часы имеются во многих городах. Правда, теперь они зачастую снабжаются настоящим часовым механизмом, благодаря которому передвигаются часовые стрелки. Долгое время самыми большими были швейцарские. Они находятся в Английском парке Женевы на берегу Женевского озера, диаметр циферблата составляет 5 метров, а длина секундной стрелки 2,5 м. И используется 6,5 тысяч саженцев 200 видов растений. Но в 2001 году цветочные часы появились на Поклонной горе в Москве и сразу были занесены в Книгу рекордов Гиннеса из-за своих размеров: в диаметре у них 10 м, а 4,5-метровая минутная стрелка длиннее той, что на часах Спасской башни Кремля, и весит она 30 кг. Но нет секундной, наличие и величина, которой позволили красочной женевской конструкции остаться в списке рекордсменов. В 2005 г. московские цветочные часы пострадали от руки незнакомца в памятный день 22 июня (он перебрался через ограду и вырвал цифру 6), но были успешно отремонтированы. Клумба - часы на Поклонной горе, кстати, не единственная в городе: еще одна устроена в Юго-Западном округе напротив здания префектуры. И в других российских городах имеются необычные биочасы, например, в Петербурге, Сочи, Перми, Барнауле, Белгороде. Да и во всем мире наблюдается увлечение их сооружением: в Объединенных Арабских Эмиратах, в Японии и т.д. От чего же зависит ход цветочных часов? От определенных биологических ритмов. Правда, они пока не изучены полностью. Специалисты полагают, что имеется зависимость от геофизических характеристик Земли, от географического положения местности, от погодных условий, естественно. Разумеется, очень важны изменения освещенности, а еще - движения, называемые сонными, которые связаны с неравномерностью роста наружной и внутренней сторон каждого лепестка. Каков «график», по которому раскрываются цветы? Раньше всех пробуждается козлобородник луговой: в 3-4 часа, следом за ними - шиповник (4 часа), цикорий, мак (4-5 часов). В 5 часов раскрываются головки осота огородного и лугового, красоднева, сараны. В 5-6 часов просыпаются одуванчики и череда, в 6 - ястребинка зонтичная, в 6-7 - осот полевой, лен и ястребинка волосистая, в 7 - кукушкины слезки, латук, белая кувшинка, в 7-8 - туника проросшая, фиалка трехцветная, очный цвет полевой, в 9-10 ноготки, мать-и-мачеха, кислица, норичник. Ночная фиалка, как и положено, раскроется лишь после захода солнца. А вот в какой последовательности они «засыпают»: Первыми «отправляются на боковую» осот огородный и полевой, огородный латук, цикорий (в 10 часов), с 10 до 11 часов к ним присоединяется очный цвет полевой, в 12 - ноготки и луговой осот, в 13 - ястребинка зонтичная и туника проросшая. В два часа пополудни «укладывается спать» ястребинка степная, в три - норичник. К этому времени спит уже и мак, и цикорий (но он вновь раскроется часов в шесть вечера), и одуванчик, и цветущий картофель. С 15 до 16 часов в царство сна уходят цветы венечника разветвленного, фиалки трехцветной и ястребинки волосистой, в 17 - белая кувшинка и сизая ястребинка. Между четырьмя и пятью часами отходит ко сну лен, мать-и-мачеха. Позднее, в 7-8 вечера закрываются головки красоднева, шиповника, козлобородника, сараны, в 9 - дремы луговой, душистого табака (он тоже повторно раскроется к ночи), кислицы. Следует помнить, что расписание сна и бодрствования цветов в разных местностях отличается (потому и специалисты приводят немного расходящиеся данные), так что, решив завести «часы Флоры», стоит предварительно понаблюдать за цветением растений.

За открытием шведского учения за ним потянулись многие другие. Множество исследований проведено по теме биологических часов в растениях. Например, работа одного из первых современных ученых, который занялся ритмами у растений, Эрвина Бюннинга, профессора ботаники в университете в Тюбингене, Германия. Обобщая результаты проведенных исследований необходимо сказать, что у растений свет и темноту воспринимает каждая клетка. Особый пигмент - фитохром заряжается положительно под действием изменений спектрального состава света при восходе солнца и теряет положительный заряд под действием изменений светового спектра при закате солнца. Передача возбуждения от пигмента к плазме клеток происходит при участии того же вещества (ацетилхолина), которое служит переносчиком возбуждения в нервной системе животных. С помощью фитохрома клетки растений могут, как бы отсчитывать «светлое» и «темное» время. [4]

Установлено, что у растений есть 13 физиолого-биохимических процессов, протекающих в их организме с определенным ритмом, т. е. с размеренным чередованием усиления и ослабления. Например, открывание и закрывание цветков, замыкание и размыкание устьиц, усиление и ослабление фотосинтеза, транспирации, дыхания и т. п. В Индии есть растение десмодиум, которое постоянно через каждые 1,5-2,5 мин то поднимает, то опускает свои прилистники. Эти движения - следствие постоянной пульсации плазмы в клетках растения.

3. Гормоны растений

Опыты показали, что длиннодневные растения зацветают на коротком дне, если их опрыснуть гиббереллином. Однако оказалось, что цветение короткодневных растений на длинном дне под влиянием опрыскивания гиббереллином не происходит. В связи с этим М.Х. Чайлахян выдвинул гипотезу о том, что цветение вызывается двухкомпонентной гормональной системой, или одновременным наличием двух гормонов: один из этих гормонов -- гиббереллин, а другой -- невыделенный гормон неизвестной химической природы -- антезин. Процесс зацветания растений носит двухфазный характер: на первой фазе происходит образование цветочных стеблей, а на второй -- образование собственно цветков. У длиннодневных растений критической является первая фаза зацветания -- образование цветочных стеблей. Именно эта фаза зависит от наличия гиббереллина, который накапливается в достаточном количестве на длинном дне. Вместе с тем у этой группы растений второй гормон цветения -- антезин -- всегда имеется в достаточном количестве. При выдерживании длиннодневных растений на коротком дне они не цветут, поскольку не хватает гормона гиббереллина. В связи с этим опрыскивание гиббереллином вызывает зацветание длиннодневных растений на коротком дне. Иная картина складывается у короткодневных растений. У этой группы растений содержание гиббереллинов достаточно высокое при любой длине дня. Именно поэтому дополнительное экзогенное внесение этого фитогормона не оказывает влияния, однако у них не хватает группы фитогормонов -- антезинов, которые образуются именно на коротком дне. Поскольку в листьях цветущих как коротко, так и длиннодневных растений есть оба фитогормона, то прививка их к нецветущим растениям во всех случаях вызывает их зацветание. Показано, что цветение растений на несоответствующем фотопериоде можно вызывать, обрабатывая их экстрактом из листьев цветущих растений. У нейтральных растений зацветание также начинается при наличии двухкомпонентной гормональной системы. У этой группы растений преобладает автономная (не зависящая от внешних условий) возрастная регуляция. Биосинтез гормонов в листьях, происходящий под влиянием возрастного яровизационного или фотопериодического контроля, представляет лишь первый этап, или индукцию, цветения. Образовавшиеся гормоны перетекают к точкам роста, где и происходят дальнейшие события -- преобразование вегетативной почки в цветочную, или эвокация цветения. К сожалению, все попытки выделить антезин пока не имели успеха. Выдвигаются различные предположения о природе стимула цветения. Так, имеются данные о значении полиаминов в индукции цветения. Показано, что при падении содержания путресцина тормозится цветение горчицы белой. Еще в работах М.Х. Чайлахяна подчеркивалась роль корневой системы в индукции цветения. В последнее время получены данные, что наряду с сигналом, поступающим из листьев, в корнях образуется ряд веществ, которые транспортируются в побеги, там модифицируются и участвуют в индукции цветения. В этой связи важно, что образование цитокининов локализовано именно в корнях. Ряд исследователей полагают, что переход к цветению вызывается комплексной системой факторов, куда входят гиббереллины, цитокинины, углеводы. При этом подчер­кивается роль цитокининов. Одним из первых изменений после фотопериодической индукции цветения является быстрое увеличение числа делящихся клеток. Предполагается, что в этом участвуют цитокинины. В точках роста под влиянием притекающих туда определенных веществ и гормонов проходят изменения, перестройка апикальных меристем и переход к ге­неративному развитию. Одним из признаков перехода к цветению являются повышение репликации ДНК, усиление синтеза мРНК, образование специфических «репродуктивных» белков (Э.Л. Миляева). Это может служить косвенным подтверждением, что гормоны регулируют процесс на генном уровне, в результате чего почка переходит к репродуктивному этапу морфогенеза. Показано, что у растений с терминальным типом соцветия в апексе различают центральную и медулярную зоны. Медулярная зона ответственна за рост цветочного стебля, тогда как центральная -- за образование цветков. Предполагается, что гиббереллин вызывает усиление митотической активности в медулярной зоне, тогда как антезин индуцирует деление клеток в центральной зоне. Для того чтобы гормоны оказали влияние, клетки апекса должны быть восприимчивы, или компетентны. Эта компетенция может быть достигнута, по-видимому, лишь при определенном возрасте растения. [1]

Заключение

Из всего выше сказанного мы можем сделать вывод , что растения имеют внутренние часы, которые манипулируют положением их листьев, чтобы те лучше всего получали свет от солнца, перед опусканием ночью. На различных растениях эти циклы различны, как и интенсивность изменения положения листьев. Изменения циркадного ритма растений помогают им приспосабливаться к различным климатическим зонам и широтам, а также какие гормоны влияют на цветение.

Список используемой литературы

1. Блукет, Н.А. Ботаника с основами физиологии растений и микробиологии / Н.А. Блукет, В.Т. Емцев. - М.: Колос, 2004. - 430 с.

2. Якушкина, Н.И Физиология растений / Н.И. Якушкина. - М.: Владос, 2004. -395 с.

3. Артамонов, В.И. Занимательная физиология растений / В.И. Артаманов. - М.: Агропромиздат,1991.-264 с.

4. Воронцова, В.С. Удивительные растения / Н. Лоренс. - М.: Изобразительное искусство,1989. -64 с.

Размещено на Allbest.ru