Фізіологія рослин - Мусієнко М.М. 2001

Вступ
Короткий історичний нарис розвитку фізіології рослин в Україні

Одним з основоположників фізіології рослин в Україні є учень засновника даної науки в Росії А.С. Фамінцина, професор Київського університету Й.В. Баранецький (1843-1905 рр.). Його основні наукові праці присвячені вивченню проблем росту, водного режиму, анатомії рослин. Вагомий внесок в розвиток прикладної фізіології рослин в Україні вніс Є.П. Вотчал (1864-1937 рр.), який з 1890 р. очолив кафедру фізіології рослин та мікробіології Київського політехнічного інституту, куди він запросив відомих вчених С.Г. Навашина, В.В. Фінна, Г.А. Левітського.

Є.П. Вотчал створив відому школу фізіологів, представники якої сприяли розвиткові різних галузей фізіології рослин (В.Р. Заленський, В.В. Колкунов, І.М. Толмачов, А.С. Оканенко). В.Р. Заленський (1875-1923 рр.) — один з основоположників екологічної фізіології рослин. Він відкрив залежність анатомічної будови листків від місця розташування їх на стеблі, яка пізніше дістала назву закону Заленського.

Фотосинтез і хлорофіл, явище фотоперіодизму, закономірності біосинтезу вторинних метаболітів, адаптація організмів до умов довкілля, оригінальні уявлення відносно процесів росту та розвитку рослин — далеко не повний перелік проблем, у вирішенні яких брав участь В.М. Любименко (1873-1937 рр.), один з найбільш видатних ботаніків-фізіологів, який організував фітофізіологічні лабораторії в Харкові, Києві, Криму.

Світове визнання українській фізіології рослин принесли роботи М.Г. Холодного (1882-1953 рр.) з фітогормонології. В цілому фундаментальні і теоретичні уявлення проблеми росту й розвитку рослин пов’язані з його іменем. Він вніс вагомий вклад у фізіологію, ана-

томію, екологію рослин та ґрунтову мікробіологію. М.Г. Холодному належить розробка філософських проблем природознавства, його правомірно вважають продовжувачем ідей Ч. Дарвіна та К.А. Тімірязєва.

У становленні цієї науки велика заслуга належить В.І. Паладіну (1859-1922 рр.), який працював професором фізіології та анатомії рослин Харківського університету з 1889 р,, був директором Нікітського ботанічного саду, читав лекції в Тавричному університеті (Сімферополь). Основні наукові праці його присвячені вивченню процесів Дихання рослин та участі в них ферментів. Становленню фізіології рослин в Україні сприяли також роботи українського вченого- фітофізіолога Н.Т. Гаморака (1892-1937 рр.), про наукову спадщину якого стає відомо лише тепер. Працюючи в Кам’янець-Подільському державному українському університеті, який став другим після заснованого восени 1918 р. Українського народного університету в Києві, де викладання проводилось українською мовою, Н.Т. Гаморак провів оригінальні дослідження продихового апарату й транспірації рослин, запропонував ряд нових приладів та методів для фізіологічних досліджень. Він викладав не тільки фізіологію рослин, а й інші ботанічні дисципліни. Ще в 1920 р. він видав два підручники з анатомії та морфології рослин, які були взагалі першими українськими підручниками у цій галузі (Д.М. Доброчаєва та ін.,1993).

Та колискою фізіології рослин в Україні фактично став Інститут ботаніки, де успішно працювали корифеї нашої науки М.Г. Холодний, Є.П. Вотчал, В.М. Любименко. Саме на його базі виростали нові наукові заклади, формувались відомі школи фітофізіологіє У 30-ті роки значний вклад в розвиток фізіології рослин внесли О.О. Табенцький, І.М. Толмачов, А.С. Оканенко, Ф.Ф. Мацков, М.Г. Молотковський, В.К. Залеський, Ф.М. Породко та ін.

В ці ж роки розпочато дослідження фізіологічно-біохімічної ролі мікродобрив, які пізніше послужили теоретичною основою для створення нових видів добрив з добавками мікроелементів (П.А. Власюк). В 1946 р. на базі відділу фізіології живлення та агрохімії Інституту ботаніки було створено Інститут фізіології рослин «та агрохімії АН України під керівництвом О.І. Душечкіна (1874-1956 рр.), який став координатором всіх науково-дослідних робіт в закладах республіки. Із робіт Інституту фізіології рослин насамперед слід відзначити дослідження А.С. Оканенка — послідовника наукових традицій та досягнень Є.П. Вотчала, який разом з Л.К. Островською розробив теоретичні основи підвищення фотосинтетичної продуктивності та цукристості цукрового буряка. Тут було продовжено еколого-фізіологічні дослідження фотосинтезу (А.С. Оканенко, Б.І. Гуляєв) та розгорнуто дослідження біохімічних та біофізичних аспектів фотосинтетичного процесу (С.М. Кочубей) під керівництвом Л.К. Островської.

Серед робіт, присвячених проблемі фотосинтезу, слід назвати дослідження С.І. Лебедева та його учнів, зокрема О.Г. Судьїної (роль каротиноїдів у процесах фотосинтезу, еволюція пігментної системи різних таксономічних груп водоростей).

Великі заслуги українських вчених у вивченні теорії розвитку рослин (В.М. Любименко, Ф.Ф. Мацков, А.О. Сапєгін, Я.С. Модилевський, Д О. Долгушин, Ф.Г. Кириченко, В.М. Ремесло), вчення про онтогенез (В Я Юр’єв, М.М. Кулешов, В.І. Бабенко та ін.).

Взагалі для українських фізіологів традиційною стала розробка проблем росту та розвитку рослин (С.О. Гребінський, Т.Т. Демиденко, Ф.Л. Калінін, Г.Х. Молотковський, Г.І. Семененко, І.П. Білокінь, К.М. Ситник, Л.І. Мусатенко, О.Т. Демків).

В 50-і роки в Україні було створено лабораторію з культури рослинних тканин, де проведено дослідження первинних реакцій клітинного росту та диференціації, а зараз продовжується пошук і вивчення нових фітогормонів та біологічно активних речовин, систем регуляції фізіологічних процесів, в тому числі внутрішньоклітинних (Ф.Л. Калінін, В.В. Сарнацька, В.К. Яворська, В.М. Троян).

Проведено фундаментальні дослідження фізіології окремих органів рослин, зокрема фізіології кореня та листка (К.М. Ситник, Л І. Мусатенко, Т.Л. Богданова). Інтегративний підхід до характеристики росту і метаболізму окремих органів рослин, властивий дослідженням цих авторів, привів до висновку, що специфічність обміну речовин на різних етапах ростового процесу проявляється в зміні динаміки цілого ряду метаболітів, зокрема нуклеїнових кислот, білків, фітогормонів.

Продовжується вивчення особливостей морфології, структурної організації й обміну речовин зародкових органів при дозріванні та проростанні насіння, молекулярних механізмів росту, його трансмембранних аспектів, іонного гомеостазу та фітогормонального статусу в явищах росту і розвитку рослин.

Загальнонаукове значення мають проведені в Україні фундаментальні дослідження з фізіології цукрового буряка (О.І. Душечкін, А.С. Оканенко, І.М. Толмачов, І.Ф. Бузанов), винограду (І.І. Бубряк, С.Я. Мінінберг, М.К. Мананков).

Загальнобіологічні проблеми росту і розвитку, теоретичні питання онтогенезу досліджували Б.М. Любименко, А.О. Сапєгін, Я.С. Модилевський, Д.О. Долгушин, М.М. Кулешов, В.Я. Юр’єв, Г.Х. Молотковський, Ф.Ф. Мацков, І.П. Білокінь, П.І. Гупало, В.В. Сарнацька, В.П. Лобов та інші. В 1972 р. було розпочато роботи з генної інженерії рослин (К.М. Ситник, Ю.Ю. Глеба), завдяки чому пізніше було створено Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України. Шляхом злиття протопластів з наступною регенерацією рослин тут було одержано нові гібридні рослини, створено клітинні лінії та рослини, стійкі до гербіцидів, стресових факторів. Ці роботи є базою подальших розробок з генетичного конструювання рослин і сприятимуть вирішенню багатьох проблем загальнобіологічного значення.

Загальне визнання в світовій науці мають праці академіка А.М. Гродзинського — основоположника сучасної алелопатії. Він створив нову схему алелопатії як кругообігу фізіологічно активних речовин у біогеоценозі, що відіграє роль регулятора внутрішніх та зовнішніх взаємозв'язків і є причиною рівноваги, стійкості та зміни рослинних угруповань. Академік А.М. Гродзинський вперше алелопатію розглянув як самостійну біологічну проблему, розробка якої надзвичайно важлива для фізіології та біохімії рослин, геоботаніки, рослинництва, агротехніки багатьох культур. Ним досліджена роль алелопатичної взаємодії рослин в природних та штучних ценозах на фоні інших форм взаємодії, роль в алелопатії вищих рослин, грибів, бактерій, перетворення колінів, розроблені Методи регулювання польової токсичності. Цей напрямок успішно розвивають вчені Центрального ботанічного саду НАН України.

Та коло наукових інтересів А.М. Гродзинського не обмежувалось створенням наукової школи з алелопатії. Ним започатковано ряд нових наукових напрямків по використанню рослин в ергономічних системах — фітодизайні, медицині, космічній біології. Він активно займався теоретичними і методичними питаннями інтродукції та акліматизації рослин, був одним з головних координаторів розвитку фізіології та біохімії рослин в Україні.

В 60-і роки розпочато дослідження взаємовідносин рослин і мікроорганізмів (С.Ф. Негруцький) та проблеми симбіотичної азотфіксації (А.В. Манорик, Ю.П. Старченков).

Розкриттю природи фізіологічної стійкості рослин присвятили свої фундаментальні дослідження Д.П. Проценко, М.О. Соловйова, О.І. Колоша, І.Г. Шматько, А.В. Капля, Р.Ф. Процко, В.П. Тарабрін у кінці XX ст. Зростає інтерес до проблем фізіології стійкості. Стало можливим значно поглибити наші пізнання з допомогою нових підходів та теоретичних концепцій, що базуються на сучасному розумінні молекулярної біології рослин, субклітинної організації адаптивних систем (М.М. Мусієнко, 1985; В.А. Сидоров, 1990; Б.О. Левенко, 1992).

В 1962 р. створюється відділ біофізики та радіобіології ІФР АН України (Д.М. Гродзинський), де вивчаються радіобіологічні реакції рослинних організмів, механізми захисної дії радіопротекторів (І.М. Гудков, О.Д. Коломієць, А.А. Булах, О.П. Голікова). Академік Д.М. Гродзинський розробив теорію надійності рослинних систем, вперше, на різних рівнях організації — від молекулярного до рівня організму та фітоценотичного, проаналізував загальні та специфічні реакції рослин на іонізуючу радіацію. Він започаткував в Україні дослідження з проблеми позиційної інформації і клітинної взаємодії в морфогенезі рослин.

За участю українських вчених в середині 70-х років підготовано та проведено серію фітобіологічних експериментів, проведених на штучних супутниках Землі, космічних кораблях, орбітальних станціях, а також при виконанні деяких міжнародних космічних біологічних програм (Є.Л. Кордюм га ін.). Вперше в космічній біології було проведено дослідження ультраструктури рослинної клітини, доведено інформативність та надійність даного показника для оцінювання впливу факторів космічного польоту на функціонування живих систем, встановлено ефект зміни структурно-функціональної організації клітин в таких умовах.

Вагомий ВНЕСОК У РОЗВИТОК фізіології водоростей, вищих водних рослин внесли вчені Інституту гідробіології НАН України.

Завдяки багаторічним дослідженням еколого-фізіологічних особливостей формування фітопланктону Дніпра, Дністра, Дунаю та їх водосховищ Л. Я. Сіренко із співробітниками проаналізувала закономірності формування альгоценозів під впливом різних впливів евтрофікації, ацидифікації, забруднення і токсифікації. Виділено загальні екологічні та фізіолого-біохімічні реакції, що зумовлюють адаптацію і виживання водоростей в екстремальних умовах. В Україні з 60-х років основні альгофізіологічні дослідження проводилися в кількох напрямках: екстенсивне та інтенсивне культивування водоростей у зв’язку з особливостями їх розвитку в альгологічно чистих культурах, вивчення закономірностей органічного та мінерального живлення їх, пігментних систем та фотосинтетичної активності як в штучних, так і в природних умовах, хімічний склад водоростей та екзоклітинні метаболіти залежно від умов середовища, використання біомаси водоростей і функціональної активності їх клітин з різною метою. Доведено, що водорості перспективні для одержання кормових, харчових та енергетичних ресурсів, біологічно активних сполук і технічної сировини, а також як основної ланки для очищення стічних вод.

На сучасному етапі в розробці проблем фізіології та біохімії рослин бере участь понад 50 науково-дослідних закладів і вузів України. Серед них Інститут фізіології рослин і генетики, Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного, Національний ботанічний сад НАН України та інші ботанічні сади, Інститут гідробіології, Інститут клітинної біології; кафедри фізіології рослин та ботаніки університетів, сільськогосподарських та педагогічних інститутів, а також цілий ряд лабораторій галузевих науково-дослідних закладів Української Академії Аграрних Наук.

Неповний Огляд розвитку фізіологічних досліджень в Україні свідчить про славні традиції, значний науковий потенціал, який дозволить зберегти їх і в перспективі. Університети України повинні забезпечити добру теоретичну і методичну підготовку кадрів для забезпечення надійного майбутнього фізіології рослин.

Експериментальні та оглядові статті з різних проблем фізіології рослин публікуються у таких вітчизняних журналах як «Физиология и биохимия культурных растений», «Український бо-

танічний журнал», «Доповіді НАН України», «Вісник Аграрної науки», а також періодичних виданнях вищих навчальних закладів та галузевих н-д інститутів. Серед зарубіжних видань — російський журнал «Физиология растений», журнали Американської асоціації фізіологів рослин Plant Physiology, Annual Rewiev of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, журнали аналогічних асоціацій Європи, Японії, Австралії — "Plant Physiology and Biochemistry», «Planta», «Plant Science», «Physiologia Plantarum», «Journal of Plant Physiology», «Plant and Cell Physiology», «Australian Journal of Plant Physiology», а також «Nature», «Science» та ін. Реферативну інформацію можна одержати з таких видань, як Current Contents (Life Sciences), Current Contents (Agriculture, Biology and Enviromental Sciences) та інших джерел.

Контрольні запитання і завдання

1. Предмет і завдання фізіології рослин.

2. Які специфічні особливості об’єкту дослідження фізіолога рослин? Методологічні аспекти сучасної фізіології.

3. Фізико-хімічний, екологічний та еволюційний аспекти фізіології рослин. В чому полягає їх суть?

4. Які ОСНОВНІ ПРОБЛЕМИ СУЧАСНОЇ фітофізіології?

5. Дайте характеристику етапів розвитку фізіології рослин та їх зв язку з загальним розвитком біологічної науки та практики.

6. Який історичний шлях розвитку фізіології рослин в Україні?

7. Яке теоретичне і практичне значення сучасної фізіології рослин?

8. Поясніть космічну роль зеленої рослини.

9. Які експериментальні методи, що з’явилися в XX ст., сприяли розширенню наших знань про структуру і функції рослинного організму?