Фізіологія рослин - конспект лекцій - О. М. Тарнопільська 2019

1. Засади фізіології рослин
1.1 Поняття про фізіологію рослин та її зв’язок з іншими науками

Фізіологія рослин (від грецького physis - природа і logos - вчення) - це наука, яка вивчає процеси життєдіяльності та функції рослинного організму.

Сучасна фізіологія рослин - це міждисциплінарна інтегративна наука про функціональну активність рослинних організмів і механізми процесів рослинних систем різних рівнів їхньої організації - від цілісного рослинного організму до його окремих частин. Перетворення, обмін, транспортування речовин між окремими органами та між організмом загалом й навколишнім середовищем, засвоєння та виділення речовин, Дихання, РІСТ І РОЗВИТОК, функціональна й структурна диференціація, розмноження - кожна з цих функцій, логічно узгоджена з іншими, зумовлює індивідуальний розвиток організму, спричинює на кожному етапі онтогенезу певні зміни та порушення корелятивної цілісності організму. Усе це впливає на подальший розвиток цілісної системи, яка є самоорганізованою, саморегулюється та в якій усі процеси та явища взаємопов’язані.

Рослинному організму притаманні функції повітряного, фотосинтетичного та кореневого мінерального живлення, що тісно поєднані між собою.

Специфічною рисою рослинного організму є його автотрофність. Основою життєдіяльності живих організмів є постійний обмін із навколишнім середовищем, речовиною та енергією. Проте лише зелені рослини й деякі мікроорганізми здатні використовувати неорганічні речовини як Вихідний матеріал для синтезу життєво важливих органічних сполук. Саме цю їхню властивість називають автотрофністю, а самі організми - автотрофами, на відміну від гетеротрофів, які включають в обмін речовин Органічні сполуки, синтезовані автотрофами. До того ж рослини автотрофні не лише по відношенню до вуглецю, який вони поглинають у вигляді CO₂ і в процесі фотосинтезу перетворюють на органічну речовину, а й стосовно до інших мінеральних елементів, таких як азот, фосфор, сірка. У результаті складної послідовності біохімічних реакцій та молекулярно-біологічних змін, поєднання продуктів фотосинтезу із продуктами метаболічних перетворень у корені, стеблі, пагонах світлова енергія витрачається на потреби всієї рослини, на нормальний розвиток її органів і одержання з ґрунту елементів, необхідних для функціонування цілісного організму.

Іншою важливою ознакою рослин є їхня відносна нерухомість. Тому вони цілеспрямовано реагують під час росту на зміну умов довкілля. Рослини формують значну листкову поверхню для ефективнішого поглинання CO₂ і сонячних променів та розгалужену кореневу систему для поглинання води й мінеральних солей. Звідси ріст і новоутворення структур часто є основою їхнього функціонування. У зв’язку з цим великого значення набуває транспортування води й речовин по рослині - міжклітинне (безперервність мембран і плазмодесми) та за участю провідних судин між певними органами. Транспортні системи об’єднують органи й Тканини в єдиний Організм. Вони мають важливе значення для регуляції функції росту й розвитку рослин. Специфіка метаболізму в окремих органах і обмін речовин створюють основу взаємодії органів, обумовлюють цілісність рослинного організму. Ріст є основою формування всіх функцій, і кожна функція, у свою чергу, зазнає певних змін в онтогенезі рослин.

Однією з важливих функціональних властивостей рослин є здатність адаптуватися до зміни умов навколишнього середовища, що забезпечує Стійкість рослин до абіотичних і біотичних стресів.

Фізіологія рослин вивчає перетворення речовини, енергії та форми у рослин, а також перетворення інформації. Адже всі особливості та потенційні можливості рослини, що формуються в процесі росту й розвитку, матеріалізуються генетичним апаратом лише внаслідок асиміляції речовини, енергії та інформації, що надходять із навколишнього середовища. Саме довкілля є фактором, який сприяє перетворенню потенційних можливостей геному в специфічні ознаки рослин. Упорядкованість у просторі й часі величезної кількості можливих реакцій і становить основу здатності рослин до саморегуляції, самозбереження та самовідтворення. У цьому ми вбачаємо діалектичну єдність між вміщеною в геномі клітин інформацією та тією, що надходить ззовні.

Вивчаючи життєдіяльність рослин на всіх рівнях їхньої організації (молекулярному, субклітинному, клітинному, тканинному, органному, організмовому, видовому, популяційному й біоценотичному), потрібно пам’ятати, що фізіологія рослин базується на діалектичній єдності та взаємозв’язку структури й функції. Отже, пізнання фізіологічних функцій здійснюється через дослідження простих рівнів організації, з подальшою інтеграцією даних при розгляді фізіологічних систем зростаючої складності.

Живим системам, зокрема рослинному організму, притаманна вища форма цілісності, нерозривний зв’язок і взаємозумовленість його складників. Одним із проявів цілісності є те, що незважаючи на велике значення кожної окремої функції, життєдіяльність організму загалом залежить від того, як ці співвідношення змінюються залежно від умов довкілля.

Цілісність організму обумовлюється еволюційно сформованими взаємозв’язками між біохімічними процесами, що відбуваються в межах конкретного організму. Цілком зрозуміло, що розкриття глибинних механізмів і сутності функцій, притаманних окремим органам і цілісному організму, можна з’ясувати, поглиблюючи наукові пошуки на молекулярному, генному та субклітинному рівнях. У недалекому майбутньому це можна буде зробити, спираючись на вміння розпізнавати гени й розшифровувати геноми кожного конкретного виду рослин. Однак, важливе значення в розкритті сутності й змісту головних життєвих функцій саме цілісного рослинного організму належить фізіології рослин як науці, що інтегрує найсучасніші досягнення біохімії, генетики, молекулярної біології.

Встановлення сутності корелятивних зв’язків, фізіолого-біохімічні основи цілісності можна з’ясувати лише зрозумівши всю складність процесів росту й розвитку органів рослин, зумовлену різноманіттям метаболізму, що проявляється через взаємозалежність й спряженість багато чисельних індивідуальних реакцій. Тому до таких понять, як «структура», «функція», «орган», «Клітина», «органела», «молекула», сучасна фітофізіологія додає такі поняття, як «система», «цілісність», «організація», «інформація», «моделювання».

Фізіологія рослин, безсумнівно, посідає чільне місце в системі біологічних знань. За останні десятиріччя фізіологи успішно асимілювали Методи біофізики, цитології, молекулярної біології. Одночасно вони зберегли й свій інтегральний підхід до вивчення складних фізіологічних явищ, які відбуваються на клітинному, органному, фітоценотичному рівнях. Як багатогалузева наука, фізіологія рослин є посередником між екологією, загальною й фізико-хімічною біологією. Входячи до циклу ботанічних дисциплін, фізіологія рослин має тісні взаємозв’язки з біохімією, біофізикою, імунологією, цитологією, гістологією, генетикою, математичним моделюванням, проте найтісніше вона пов’язана з фізіологією тварин. Адже якщо рослини і тварини, як і все живе, походять від одного кореня, то все живе повинно володіти певними спільними рисами, як наприклад, дихання, живлення, подразливість, самовідтворення тощо.

Отже, фізіологія рослин пов’язана з біохімією, біофізикою, імунологією, цитологією, гістологією, генетикою, математичним моделюванням, фізіологією тварин і є посередником між екологією, загальною й фізико-хімічною біологією.