МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Дальневосточный федеральный университет»
Школа биомедицины
Департамент пищевых наук и технологий
Курсовая работа
Природные и синтетические фитогормоны и их применение в сельском хозяйстве
Остапенко Виолетта Максимовна
г. Владивосток 2020
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О РОСТЕ И РАЗВИТИИ РАСТЕНИЙ
1.1 Клеточные основы роста и развития
1.2 Основные этапы развития растений
1.3 Влияние факторов внешней среды на рост растений
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЛИЯНИЯ НЕКОТОРЫХ БИОСТИМУЛЯТОРОВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ
2.1 Стимулирующие фитогормоны
2.2 Ингибиторы роста растений
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИТОГОРМОНОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Фитогормоны и стимуляторы роста растений находят всё большее применение в современных технологиях производства продукции растениеводства. К ним относятся природные и синтетические органические соединения, которые в малых дозах активно влияют на обмен веществ растений, вызывая стимуляцию или подавление их роста и морфогенеза.
Фитогормоны в чистом виде представляют собой органические вещества, которые вырабатывает растительный организм. В небольших количествах они способны регулировать рост и физиологические процессы, происходящие в тканях растений. Современные ученые смогли получить некоторые фитогормоны синтетическим способом. В настоящее время их широко применяют в садоводстве и огородничестве при выращивании различных культур и для борьбы с сорняками.
Впервые о фитогормонах в научной среде заговорили в 20-е годы XX столетия. Вместе с тем, еще Чарльз Дарвин высказал предположение о выработке растительным организмом особых веществ, которые заключают в себе генную информацию и определяют рост и развитие растений. Впоследствии японским ученым Е. Куросавой были выделены вещества, в настоящее время известные под названием «гормоны гиббереллины». Еще позднее исследователям удалось обнаружить гормоны цитокинины, оказывающие влияние на рост растений.
Несмотря на пристальное внимание ученых, свойства фитогормонов изучены пока еще не полностью. А потому, применять их в сельском хозяйстве следует, соблюдая осторожность.
1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О РОСТЕ И РАЗВИТИИ РАСТЕНИЙ
1.1 Клеточные основы роста и развития
В настоящее время выделяется три последовательных фазы роста типичной растительной клетки:
- эмбриональный рост;
- фаза растяжения;
- фаза внутренней дифференцировки.
Первая фаза (эмбриональная) характеризуется непрерывным делением клеток. Клетки мелкие, с очень тонкими стенками, вакуолей нет или зачаточные. Дочерние клетки, достигнув величины материнских клеток, снова делятся. Необходимо, чтобы к ним был приток веществ для образования новых клеток [1].
Ниже конусов нарастания эмбриональные клетки перестают делиться и переходят во вторую фазу роста - фазу растяжения. Главное отличие ее от первой - образование больших вакуолей за счет воды, увеличивающих размер клеток. Последние сильно вытягиваются (наблюдается наибольший рост органа). Увеличение размера клетки сопровождается также некоторым нарастанием количества цитоплазмы и клеточной стенки.
После фазы растяжения клетка вступает в фазу дифференциации и приобретает индивидуальные черты. Клетки приобретают анатомические различия в связи с выполняемыми функциями, растет их многообразие. Благодаря специфичной изменчивости клеток возникают различные ткани.
В отличие от клеток животных большинство клеток растений после анатомической дифференцировки легко переходят к делению. Такой процесс называют дедифференцировкой (потерей специализации).
1.2 Основные этапы развития растений
Рисунок 1 - Полный цикл развития цветкового растения
Основные возрастные периоды. В онтогенезе растений выделяют пять этапов: эмбриональный - образование зиготы, формирование семени; ювенильный - прорастание зародыша и образование вегетативных органов; зрелость - появление зачатков цветков, формирование репродуктивных органов; размножение (плодоношение) - однократное или многократное образование плодов; старение - преобладание процессов распада и малоактивности структур [1].
Ювенильный этап начинается с прорастания семян или органов вегетативного размножения и характеризуется накоплением вегетативной массы. Растения на этом этапе не способны к половому размножению.
Этап зрелости и размножения - происходит формирование генеративных органов и образование плодов. У растений выделяют половое, бесполое и вегетативное размножение. При половом размножении новый организм появляется в результате слияния половых клеток - гамет. Бесполое размножение характерно для споровых растений, у которых чередуются два поколения - бесполое диплоидное и половое гаплоидное. При бесполом размножении новый организм развивается из спор. Вегетативным размножением называют воспроизведение растений из вегетативных частей растения (клубней, луковиц, отводок).
Инициация перехода к цветению осуществляется под действием температуры (яровизация), чередования дня и ночи (фотопериодизм) или эндогенных факторов, обусловленных возрастом растения. Растения, нуждающиеся в яровизации, называют озимыми, а развивающиеся без нее - яровыми. Яровизация - это неизвестный пока процесс, протекающий в растениях под действием низких положительных температур и способствующий последующему ускорению развития растений. Различия между озимыми и яровыми формами зерновых культур обусловлены генетически. Так, озимая и яровая рожь различаются по одному гену. В зависимости от реакции на длину дня, растения делятся на короткодневные, переходящие к цветению только тогда, когда день короче ночи (рис, соя); длиннодневные (хлебные злаки, крестоцветные, укроп); растения, нуждающиеся в чередовании разных фотопериодов, а также нейтральные по отношению к длине дня (гречиха, горох). Длиннодневные растения распространены, в основном, в умеренных и приполярных широтах, короткодневные - в субтропиках.
У большинства растений наибольшей чувствительностью к фотопериоду обладают листья, только что закончившие рост. Основную роль в восприятии фотопериода играет фитохром. Показано участие в переходе к цветению стимулятора роста гиббереллина. В условиях неблагоприятного фотопериода в листья обнаруживаются ингибиторы цветения [2].
Оплодотворение делят на три фазы: а) опыление, б) прорастание пыльцы и рост пыльцевой трубки в тканях пестика, в) собственно оплодотворение, то есть образование зиготы. Зигота образуется при слиянии спермия пыльцевой трубки (мужской гаметофит) с яйцеклеткой зародышевого мешка (женский гаметофит). В зародышевом мешке происходит двойное оплодотворение, так как второй спермий соединяется с вторичным диплоидным ядром центральной клетки зародышевого мешка. Зародыши проходят ряд последовательных фаз развития. На последнем этапе созревания семена теряют значительное количество воды и переходят в состояние покоя, когда в тканях уменьшается содержание стимуляторов роста и увеличивается количество ингибитора роста абсцизовой кислоты.
Плод развивается из завязи цветка и, как правило, содержит семена. Плоды могут формироваться без оплодотворения и образования семян. Это явление называют партенокарпией. Образование партенокарпических (бессемянных) плодов может происходить при обработке растений ауксинами и гиббереллинами. Однако обычно цветки без опыления и оплодотворения опадают [3].
Этап старости и отмирания включает в себя период от полного прекращения плодоношения до смерти организма. Для него характерно прогрессирующее ослабление жизнедеятельности. Однолетние растения погибают целиком. У многолетних трав ежегодно полностью отмирает надземная часть, а корневая система остается жизнеспособной. У многих растений стареют и опадают ранее образовавшиеся листья. У листопадных деревьев осенью одновременно стареют и опадают все листья. Перед опадением листа или плода в основании черешка листа или плодоножки образуется отделительный слой, где размягчаются и частично растворяются клеточные стенки и срединные пластинки. Этот процесс индуцируется этиленом, продуцируемым стареющими листьями и созревающими плодами.
1.3 Влияние факторов внешней среды на рост растений
На рост растений оказывают влияние продукты жизнедеятельности других растений (явление аллелопатии), микроорганизмов (антибиотики, регуляторы роста) и факторы внешней среды [4].
Свет. Растения воспринимают свет не только как источник энергии, но и в качестве сигнала, характеризующего условия среды. В клетках имеются рецепторные молекулы фитохрома, опосредующие действие света на морфогенез. Фитохром состоит из двух белковых субъединиц и хромофора -незамкнутого тетрапиррола, относящегося к группе фикобилинов. Фитохром синтезируется в форме Ф660, поглощающей красный свет. Под действием красного света он переходит в активную форму Ф730, поглощающей дальний красный свет. Под действием дальнего красного света и в темноте Ф730 превращается в Ф660. Фитохром изменяет проницаемость клеточных мембран, регулирует движение хлоропластов и влияет на синтез ферментов и стимуляторов роста гиббереллинов и цитокининов.
Температура. Различают три основные температурные точки: минимальная температура, при которой начинается рост, оптимальная - наиболее благоприятная для роста и максимальная, при которой рост прекращается.
В зависимости от приспособленности к температурному режиму различают теплолюбивые (минимальная температура выше 10 °С, оптимальная 30-40 °С) и холодостойкие (минимальная температура 0-5 °С, оптимальная 25-30 °С).
Газовый состав. Необходим кислород, так как дыхание поставляет энергию для ростовых процессов, и углекислый газ, который в ходе фотосинтеза восстанавливается до органических веществ. Избыток углекислого газа на короткое время повышает растяжимость клеточных стенок и стимулирует рост клеток (эффект «кислого роста»).
Водный режим. Недостаточное снабжение растений водой задерживает рост побегов и кратковременно стимулирует с последующим торможением рост корней.
Минеральное питание. Для нормального роста необходимо достаточное снабжение всеми питательными элементами. Избыток азота стимулирует рост вегетативной массы, но замедляет процессы дифференцировки и формирование цветков [5].
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЛИЯНИЯ НЕКОТОРЫХ БИОСТИМУЛЯТОРОВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ
Фитогормоны - это вещества, образующиеся в процессе обмена веществ и необходимые в очень малых количествах для запуска и регуляции физиологических и морфогенетических программ растений. Они являются природными регуляторами роста и развития растений. Эти вещества образуются в определённых тканях растений и транспортируются в другие органы и ткани, оказывая на них влияние. Основные физиологические процессы, такие как рост, развитие, формообразование и адаптация факторам среды, регулируются фитогормонами [6].
Характерной особенностью фитогормонов, отличающей их от других физиологически активных веществ (витаминов, микроэлементов), является то, что они переключают физиологические и морфогенетические программы. Согласно современной классификации фитогормоны - это биологические регуляторы роста и развития растений, осуществляющие взаимодействие клеток, тканей и органов, стимулирующие и ингибирующие морфогенетические и физиологические процессы в растительных организмах.
Активные формы фитогормонов действуют только на компетентные к этим фитогормонам клетки, то есть на клетки, в мембранах и цитоплазме которых присутствуют рецепторы специфические для этих фитогормонов. Взаимодействие фитогормона со своим рецептором запускает цепь реакций преобразования гормонального сигнала в функциональные ответы клетки. Эти ответы могут быть разными в зависимости от типа рецепторов, концентрации фитогормона и соотношения этой концентрации с уровнем других фитогормонов, а также от взаимосвязи рецептора с теми или другими молекулярными комплексами, участвующими в трансдукции гормонального сигнала.
По функциональному действию различают 5 основных групп фитогормонов - ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота, этилен. Они подразделены на фитогормоны - стимуляторы (ауксины, гиббереллины, цитокинины и открытые сравнительно недавно -брассиностероиды или брассины, жасминовая и салициловая кислоты) и ингибиторы (абсцизовая кислота, этилен и фенольные ингибиторы) [6].