Закономерности онтогенеза растений

Рассмотрим, преимущественно на примере злаковых, основные установленные наукой закономерности индивидуального развития (онтогенеза) растений, зависимость их роста и развития от влияния факторов внешней среды, прежде всего света и температуры.

Гипотеза Дж. Боннера

Создание клеточной теории, эволюционное учение, показавшее путь усложнения организмов по мере развития жизни, и расшифровка генетического кода, позволившая понять, как реализуется генетическая информация, обусловили возможность познания закономерностей индивидуального развития живых существ. Ученые вплотную подошли к решению вопроса о том, как в ходе онтогенеза реализуется закодированная в генотипе информация.

Наиболее удачно решается этот вопрос в гипотезе американского биохимика Дж. Боннера, разделяемой сейчас большинством биологов. Согласно Боннеру, в онтогенезе реализуется закодированная программа, состоящая из ряда подпрограмм. Каждая из них обусловливает формирование одной определенной группы признаков и свойств. После реализации первой подпрограммы включается в работу следующая генная система, ответственная за формирование другой группы признаков и свойств, за ней начинает работать третья – и так далее до завершения всего онтогенеза.

В приложениик растению, напримерзлаковому, это выражается в следующем.

На начальных этапах онтогенеза включена подпрограмма, по которой реализуютсянабухание и прорастание семени, появление первых корней и листьев, растение укрепляется на земле, но питается в основном за счет веществ, запасенных в эндосперме еще на материнском организме.Затем, при включении следующей подпрограммы, начинается период образования новых листьев и корней, боковых побегов –фаза кущения (фаза розетки).На следующем этапе начинает формироваться соцветие, удлиняется стебель –фаза выхода в трубку. Позднее включаются подпрограммыобразования соцветия, цветения, образования зерна, созревания.

Прохождение каждой из указанных фаз, связанных с формированием определенных признаков и свойств, строго необходимо и последовательно. Каждый следующий этап онтогенеза не может пройти ранее предыдущего, на каждом из них идет образование определенных морфологических структур, новых по сравнению с предыдущим этапом.

По таким же этапам идет развитие и растений других видов.

Изменение морфологии связано с изменением физиологических процессов и зависит от работы генетического аппарата. Чередование подпрограмм, включающих одновременное формирование ряда признаков и свойств, происходит в ответ на действие внутренних и внешних факторов; время переключения определяет длительность периода реализации каждой подпрограммы. Под действием внешних и внутренних факторов могут изменяться темпы онтогенеза, т. е. могут замедляться или ускоряться процессы прохождения фаз развития и их смены.

Темпы онтогенеза растений

У большинства видов растений при реализации программы онтогенезапериодыинтенсивногороста и развития чередуются с периодами затухания этих процессов. Именно эта особенность онтогенеза обусловливает возможность приспособления растений к перенесению неблагоприятных условий (зима, засуха).

Так,у злаков замедление осенью роста и развития, задержка реализации подпрограммы перехода к цветению обеспечивает возможность продления фазы кущения, что ведет к реализации подпрограммы подготовки к зиме, закалки. Зимующие злаки отличаются от незимующих яровых в основном темпами прохождения одной из фаз онтогенеза – фазы куще­ния.

Злаки озимого сева (озимые, полуозимые, двуручки) задерживаются осенью в фазе кущения и не переходят к следую­щей фазе выхода в трубку. В этот пе­риод у них междоузлия побегов укорочены, листья сближены, формируется розетка, конусы нарастания побегов не переходят к образованию генеративных органов. Легкорастворимые вещества (прежде всего сахара) не тратятся на построение новых веществ и структур, а накапливаются, переполняя клетки. Растения закаливаются и перезимовывают. (Двуручками называют сорта, которые дают урожай как при озимом, так и при яровом посеве.)

Яровые растения и двуручки при весеннем посевене задерживаются в росте и переходят в следующую фазу – выход в трубку, а затем в фазу цветения и плодоношения.

Многиеэфемероиды пустынь задерживаются в росте и развитии перед засушливым периодом. Это приспособительное свойство обеспечивает их устойчивость. У двулетних овощных растений образование кочана, луковицы, корнеплода также связано с задержкой роста и развития, с задержкой перехода к генеративному развитию.

У древесных и кустарниковых осенью настолько значительно снижается интенсивность ростовых процессов, что растения впадают в состояние покоя, обеспечивающее подготовку к зиме.

После периода замедления роста следует его активизация: у зимующих это наблюдается весной, у растений, замедление роста которых связано с наступлением засушливого периода,– при начале дождей.