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

1. Засади фізіології рослин
1.5 Історія становлення фізіології рослин як науки

1.5.1 Головні періоди розвитку фізіології рослин

Сучасний стан фізіології рослин є результатом понад 200-річного терміну її розвитку. Зародилася фітофізіологія в XVII-XVIII ст. як відгалуження ботаніки. Початок наукового підходу до фізіології рослин заложив Ян Батіст ван Гельмонт (1579-1644 рр.), який провів перший кількісний вегетаційний дослід з метою вивчення шляхів живлення рослин. На підставі своїх дослідів він дійшов помилкового висновку про те, що Вода є єдиним поживним середовищем для рослин. І тільки пізніше було встановлено важливу роль ґрунту та повітря як джерела живлення рослин. Можна без перебільшення стверджувати, що своє існування як самостійна гілка ботаніки фізіологія рослин розпочала з науки про живлення.

Один з основоположників мікроскопічної анатомії рослин Марчелло Мальпігі (1628-1694 рр.) свої анатомічні відкриття певних мікроструктур поєднував з їхніми функціями, що мало важливе значення для майбутньої фізіології рослин.

У 1727 році англійський ботанік і хімік Стівен Гейлс у своїй книзі «Статика рослин» висловив припущення щодо можливості живлення рослин за допомогою листя із повітря. Його, без сумніву, потрібно вважати одним із засновників фізіології рослин - науки, яка сформувалась значно пізніше, коли в 1771-1782 рр. Джозеф Прістлі, Йоханнес Інгенхауз та Жан Сенеб’є виявили ті компоненти, за допомогою яких відбувається повітряне живлення рослин. Пізніше Ніколя Теодор де Соссюр (1767-1845 рр.) шляхом точного хімічного аналізу показав участь води у повітряному живленні. Так поступово складалось уявлення про фотосинтетичну функцію рослин, хоча сам термін «Фотосинтез» Вільгельм Пфеффер запропонував лише 1887 р. Після відкриття фотосинтезу, а також законів збереження матерії та енергії, фізіологія рослин все більше включала в поле зору повітряне середовище та сонячне світло як головні матеріальні і енергетичні джерела існування зеленої рослини.

Однак як самостійна галузь науки фізіологія рослин остаточно відокремилась від ботаніки у 1800 р., коли Жан Сенеб’є (1742-1803 рр.) увів термін «фізіологія рослин» та написав перший підручник із цієї дисципліни, де висвітлив сутність предмета, Методи й завдання цієї науки. у царській Росії фізіологія рослин довго не відокремлювалась у самостійну дисципліну, і лише в 1863 р. новим університетським статутом були створені кафедри фізіології рослин. Першим російським ботаніком-фізіологом прийнято вважати Сергія Олександровича Рачинського (1833-1902 рр.) - професора кафедри фізіології рослин Московського університету, де з 1872 р. широку діяльність розгорнув Климент Аркадійович Тімірязєв (1843-1920 рр.). У Петербурзькому університеті з 1861 р. курс фізіології рослин викладав професор Андрій Сергійович Фамінцин (1835-1918 рр.). На першому етапі розвитку фізіологія рослин була наукою університетською. Перший російський підручник з фізіології рослин написав у 1887 р. проф. А. С. Фамініцин, на його зміну вийшов у світ підручник Олександра Володимировича Палладіна, що перевидавався дев’ять разів.

На початку ХХ ст. відбулась остаточна диференціація фізіології рослин на головні її розділи, до того ж деякі з них набули такого великого значення, що в перші десятиріччя перетворились на самостійні дисципліни з власними теоретичними основами та широким виходом у практику: 1902 р. - вірусологія, 1910 р. - агрохімія, 1930 р. - мікробіологія, біохімія.

У 1934 р. було створено Інститут фізіології рослин АН СРСР, який координував усі дослідження у цій галузі науки та в якому плідно працювали Курсанов Андрій Львович, Нічипоровіч Анатолій Олександрович, Чайлахян Михайло Христофорович, Генкель Павло Олександрович, Туманов Іван Іванович та інші.

Однак починаючи з 30-х і до 50-х років ХХ ст. настав важкий час для розвитку фізіології рослин, насамперед через відділення від неї біохімії.

Розвиток фізіології рослин у цей період було спрямовано не стільки на вирішення її власних проблем, скільки на дослідження прикладної фізіології.

У середині 50-х років ХХ ст. фізіологія рослин в усьому світі піднялась на новий рівень. Наступником її традиції на цьому етапі став академік Курсанов Андрій Львович, який створив відому курсанівську школу (представники: Мокроносов Адольф Трохимович, Кулаєва Ольга Миколаївна, Бутенко, Семененко Віктор Юхимович, Молотковський Юліан Георгійович, Верещагін Андрій Глібович, Тарчевський Ігор Анатолійович, Польовий Всеволод Володимирович тощо).

З’явилися нові вектори наукових пошуків: кисневий обмін і Транспортування кисню (Б. Б. Вартапетян), Цитокініни і роль їхньої регуляції метаболізму (О. М. Кулаєва), донорно-акцепторні системи рослин (Мокроносов А. Т.), організація рослинних мембран (Ю. Г. Молотковський.), йонний Гомеостаз рослинної клітини (Д. Б. Вахмістров), метаболізм рослинних ліпідів (А. Г. Верещагін).

Водночас значно виріс інтерес до проблем екологічної фізіології. Класичні концепції стійкості, розроблені М. О. Максимовим , І. І. Тумановим, П. О. Генкелем, Б. П. Строгоновим значно поглиблені за допомогою нових підходів і теоретичних концепцій, заснованих на сучасному розумінні молекулярної біології рослин та субклітинної організації адаптативних систем (В. М. Жолкевич, Т. І. Трунова).

На зміну періоду деякої самоізоляції фізіології рослин настав період модернізації та інтеграції її з іншими науками, час упровадження в фізіологічний експеримент високочутливих методів біофізики, молекулярної та клітинної біології, який продовжується й тепер. Змінилася сама техніка фізіологічних експериментів, проводяться фундаментальні дослідження, на підставі яких народжуються принципово нові біотехнології застосування рослин. Настав новий етап розвитку фізіології рослин, який характеризується процесом асиміляції та інтеграції цією наукою досягнень інших експериментальних біологічних наук.

1.5.2 Історія розвитку фізіології рослин в Україні

Одним з основоположників фізіології рослин в Україні є учень засновника цієї науки в Росії Фамініцина А. С., проф. Київського університету Баранецький Осип Васильович (1843-1905 рр.). Його найважливіші наукові праці присвячені вивченню проблем росту, водного режиму, анатомії рослин. Вагомий ВНЕСОК У РОЗВИТОК фізіології рослин в Україні вніс Вотчал Євген Пилипович (1864-1937 рр.), який з 1890 р. очолив кафедру фізіології рослин та мікробіології Київського політехнічного інституту, куди він запросив відомих вчених Навашина Сергія Гавриловича, Фінна Володимира Васильовича, Левітського Григорія Андрійовича.

Вотчал Є. П. створив відому школу фізіологів, представники якої сприяли розвитку різних галузей фізіології рослин. Так, Заленський В’ячеслав Рафаїлович (1875-1923 рр.) - один з основоположників екологічної фізіології рослин, відкрив залежність анатомічної будови листків від їхнього місця розташування на стеблі, яка пізніше дістала назву закону Заленського.

Світове визнання українській фізіології рослин принесли роботи Холодного Миколи Григоровича (1882-1953 рр.) із фітогормонології. Загалом фундаментальні й теоретичні уявлення щодо проблем росту та розвитку рослин пов’язані з його іменем. Він уніс вагомий вклад не лише у фізіологію, а й в анатомію, екологію рослин та ґрунтову мікробіологію. М. Г. Холодному належить розробка філософських проблем природознавства, його правомірно вважають продовжувачем ідей Чарльза Дарвіна та К. А. Тімірязєва.

У становленні фізіології рослин велика заслуга належить Палладіну Володимиру Івановичу (1859-1922 рр.), який працював професором фізіології та анатомії рослин Харківського університету з 1889 р., був директором Нікітського ботанічного саду, читав лекції у Таврійському університеті (м. Сімферополь). Основні наукові праці присвячені вивченню процесів Дихання рослин та участі в них ферментів.

Становленню фізіології рослин в Україні сприяли також роботи Гаморака Нестора Теодоровича (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 м. Києві, де викладання проводилось українською мовою, Н. Т. Гаморак провів оригінальні дослідження продихового апарату й транспірації рослин, запропонував низку 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 першими українськими підручниками у цій галузі.

Колискою фізіології рослин в Україні фактично став Інститут ботаніки, де успішно працювали корифеї цієї науки: М. Г. Холодний , Є. П. Вотчал , В. М. Любименко.

Загальне визнання в світовій науці мають праці академіка Гродзинського Андрія Михайловича - 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. Гродзінський вперше розглянув алелопатію як самостійну біологічну проблему, розробка якої надзвичайно важлива для фізіології та біохімії рослин, геоботаніки, рослинництва, агротехніки багатьох культур. Ним досліджена роль алелопатичної взаємодії рослин у природних та штучних ценозах на фоні інших форм взаємодії, роль в алелопатії вищих рослин, грибів, бактерій, розроблено методи регулювання польової токсичності. Цей напрям успішно розвивають вчені Національного ботанічного саду ім. М. М. Гришка НАН України.

Коло наукових інтересів А. М. Гродзинського не обмежувалось створенням наукової школи з алелопатії. Ним започатковано низку нових наукових напрямів із використання рослин в ергономічних системах - фітодизайні, медицині, космічній біології. Він активно займався теоретичними та методичними питаннями інтродукції та акліматизації рослин, був одним із головних координаторів розвитку фізіології та біохімії рослин в Україні.

У 60-ті роки ХХ ст. 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. А. Соловйова, І. Г. Шматько та інші наприкінці ХХ ст. На той час стало можливим значно поглибити пізнання в цій галузі за допомогою нових підходів та теоретичних концепцій, що базуються на сучасному розумінні молекулярної біології рослин, субклітинної організації адаптативних систем.

У 1962 р. створюється відділ біофізики та радіобіології Інституту фізіології рослин АН України, де вивчаються радіобіологічні реакції рослинних організмів, механізми захисної дії радіопротекторів. Академік А. М. Гродзінський розробив теорію надійності рослинних систем, вперше, на різних рівнях організації - від молекулярного до рівня організму та фітоценотичного, проаналізував загальні та специфічні реакції рослин на іонізувальну радіацію. Він започаткував в Україні дослідження з проблеми позиційної інформації та клітинної взаємодії в морфогенезі рослин.

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 ім. М. М. Гришка НАН України та інші ботанічні сади, Інститут гідробіології, Інститут клітинної біології; кафедри фізіології рослин та ботаніки університетів, сільськогосподарських та педагогічних інститутів, а також низка лабораторій галузевих науково-дослідних закладів НААН України.