Если спросить любого человека, как растут корни
у
растения - вверх или вниз, он наверняка обидится. Ну, конечно, вниз, а
стебли вверх. Это каждому дошкольнику известно. А если задать вопрос
"почему?", то может возникнуть заминка. Почему листья дерева
распускаются весной сразу в один день? Почему осенью из зеленых
превращаются в красные, оранжевые или желтые? Почему одни
растения зацветают ранней весной и осенью, а другие - в начале лета?
Что происходит с деревьями зимой? И таких "почему" очень много. Все это
- тайны мира растений, которые продолжают интересовать и волновать
человека и которые он постепенно раскрывает, опираясь на все более
совершенные знания и опыт.
Первым, кто сумел обобщить разрозненные сведения о растениях, был
Аристотель. К сожалению, эти труды великого древнегреческого философа
не дошли до наших дней. Но сочинения его талантливого ученика Теофраста
- "Исследования о растениях" (из девяти книг) и "О причинах растений"
(из шести книг) - хорошо известны современным ученым.
Теофраст объединил и систематизировал сведения о растениях в единую
науку, названную ботаникой (от греческого слова, означающего "растение,
трава"). Он впервые описал жизнь растений, их рост, движение листьев,
стеблей и цветов.
Древние греки, как, впрочем, и другие народы, наделяли растение
человеческими чертами. И не случайно. Ведь оно дышит, питается, растет,
размножается, чутко реагирует на меняющиеся условия окружающей среды.
Точные сведения о жизнедеятельности зеленого мира, в частности
сельскохозяйственных растений, помогают учиться управлять происходящими
в нем процессами, подчинять их разумной воле человека. Изучением этих
процессов занимается наука - физиология растений.
В первой же лекции, которую прочитал выдающийся ботаник-физиолог
Климент Аркадьевич Тимирязев в Московском музее прикладных знаний (ныне
- Политехнический музей) зимой 1876 года, доказывалось, что физиология
растений есть научная основа земледелия, без которой нельзя правильно
поставить растениеводство. Эти лекции были собраны ученым в книгу под
названием "Жизнь растений".
Рис.1. Роль зеленых растений в круговороте
углерода в природе.
Жизнь растений… Много труда посвятили люди ее познанию.
Много было
неудач, разочарований, но много и открытий. Бывало и так, что ответ на
один вопрос ставил перед учеными целый ряд новых. Одной из нерешенных
загадок остается, например, фотосинтез - глобальный процесс,
заключающийся в том, что растения из простейших неорганических веществ
с удивительной продуктивностью вырабатывают органические вещества и
кислород. Открытое два века назад это уникальное явление природы в
целом остается по-прежнему тайной. А ведь если мы сможем осуществить
фотосинтез в искусственных условиях, то полностью обеспечим себя пищей,
энергией, решим, наконец, проблему охраны окружающей среды от
загрязнения. Коэффициент использования энергии солнца у искусственных
систем окажется гораздо выше, чем у растений. Такие системы, возможно,
смогли бы стать постоянным источником питания. Но это пока
мечты…
Другая загадка, волнующая не только физиологов, но и генетиков и
селекционеров, - это рост растений. Известно, что для этого процесса
растению нужны ростовые вещества, или фитогормоны.
Гормоны растений,
как и животных, очень активные соединения. Даже ничтожное количество
оказывает значительное влияние на обмен веществ и рост
клеток. Одни из
них ускоряют этот рост путем растяжения, другие его замедляют, третьи
способствуют более интенсивному и делению клеток. Поэтому в отличие от
животных у растений постоянно появляются новые органы - молодые листья
и побеги.
Изучение фитогормонов началось в 1880 году с выходом в свет последней
книги великого естествоиспытателя, создателя теории эволюции Чарлза
Дарвина. Она называлась "Способность к движению у растений". Ученого
много лет интересовали разнообразные движения стебля, корня и листьев
высших растений. В многочисленных опытах ему часто помогал сын Френсис
Дарвин, талантливый физиолог и неизменный помощник отца в последние
годы его жизни. Объектом опытов были маленькие проростки злака
канареечной травы и их реакция на одностороннее действие света. Чтобы
выяснить, какая часть растения реагирует на свет, Дарвин разделил
проростки на три группы. В первой группе он покрыл верхушки проростков
колпачка из листового олова, во второй - засыпал нижнюю часть
проростков влажным песком, а третью группу растений ученый оставил
непокрытой - для контроля. Затем Дарвин расположил все проростки возле
окна так, чтобы свет падал па них только с одной стороны. На следующий
день полностью непокрытые проростки и проростки с непокрытыми
верхушками сильно изогнулись по направлению к свету. А растения с
покрытыми верхушками продолжали расти прямо. Выяснилось также, что
после удаления 3-4 миллиметров верхушки проростки не реагируют на свет.
В этой связи Ч. Дарвин писал: "Результаты заставляют, по-видимому,
предполагать наличие в верхней части какого-то вещества, на которое
действует свет и которое передает его действие в нижнюю
часть".
Рис.2. Опыт Ч. Дарвина с проростками канареечной
травы.
Опыты Дарвина поучительны для нас во многих
отношениях. Они пример
того, как самыми простыми средствами можно решать иногда сложнейшие
научные проблемы. Лишь бы были стремление к знанию, смелость мысли,
отсутствие предвзятости, настойчивость и способность всецело отдаваться
работе. Именно такие качества естествоиспытателя великий ученый
сохранил до глубокой старости.
Прошло столетие… Сегодня учение о
фитогормонах - одно из
ведущих в
познании закономерностей роста растений.
На основе фитогормонов с помощью химии созданы синтетические регуляторы
роста и развития - гербициды, ретарданты,
дефолианты и другие
химические препараты, нашедшие применение в сельском хозяйстве.
Бурное развитие молекулярной биологии и ее достижения уже с середины ХХ
века оказали решающее влияние на физиологию растений. Появились новые
методы в изучении гормональной регуляции многих жизненных процессов.
Внимание исследователей привлекает взаимодействие фитогормонов с
нуклеиновыми кислотами, в которых заключена наследственная программа
развития организма, но особенно - их влияние на мембраны клетки.
Изучение растений с поющий молекулярной биологии позволит раскрыть в
ближайшем будущем механизм защитных систем растения против
неблагоприятных условий окружающей среды, в котором большую роль играют
фитогормоны.
Новейшим направлением в молекулярной биологии стала генная инженерия,
которую обычно связывают с миром бактерий. Однако не исключена
возможность на основе ее методов создать новые формы растений с нужными
человеку свойствами. Допустим, научившись переносить полезные гены,
ученые смогут "конструировать" новые
сельскохозяйственные растения - не
только высокоурожайные, но и с повышенным содержанием белка,
аминокислот, витаминов, с надежной устойчивостью к болезням,
насекомым-вредителям и неблагоприятным факторам среды (такими генами
устойчивости обладают многие дикорастущие сородичи культурных
растений).
Еще советские ученые добились успехов и в этом направлении
исследований. Созданы замечательные сорта
пшеницы, ржи, ячменя,
подсолнечника, гороха, сахарной свеклы, хлопчатника и других растений.
Неоспорим вклад биологических наук в решение народнохозяйственных задач
страны. И в Продовольственной программе СССР на период до 1990 года
подчеркивалась необходимость развития теоретических исследований по
проблемам генной инженерии в селекции растений, микроорганизмов и
животных, создания новых эффективных средств защиты растений от
вредителей, болезней и сорняков, регуляторов роста и других препаратов
для сельского хозяйства. Но особенно важно усилить работы по селекции
новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, отвечающих
требованиям индустриальных технологий, применяемых в растениеводстве.
Ныне традиционные методы селекции пополняются новыми лабораторными
методами, используемыми в физиологии растений. Это, в частности,
микроклональное размножение, позволяющее за короткий срок получить
множество поколений; гибридизация неполовых клеток путем
слияния
протопластов (клеток без оболочек), в результате чего можно создать
необычные межвидовые и даже межродовые гибриды растений, и так далее.
Наверное, недалеко уже то время, когда человек сможет создавать новые,
"фантастические", по представлениям сегодняшнего дня,
сельскохозяйственные культуры.
А теперь подробнее остановимся на тайнах растений, раскрытых и еще не
раскрытых, проблемах, которые можно решить, постигая механизм роста и
развития растений и разумно используя новейшие достижения биологии на
благо человека.
