Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 3. Подразливість у рослин

Поміркуйте

  • Чи здатні рослини відчувати дотик, світло, температуру? Як можна це перевірити?

Згадайте

  • Хлорофіл
  • Фітогормони
  • Комахоїдні рослини
  • Лейкопласти

Фізіологічні основи подразливості в рослин

Життєдіяльність вищих рослин залежить насамперед від наявності світла, води і мінеральних речовин. Здатність реагувати на дію цих чинників забезпечується білковими рецепторами, що зосереджені на мембранах та в цитоплазмі рослинних клітин.

Унаслідок збудження рецептора відбувається виділення сигнальних сполук або електричне збудження клітин. Коли хімічний або електричний сигнал досягає своєї мішені, рослина здійснює пристосувальну реакцію, спрямовану на досягнення оптимальних умов існування. Вона накопичує або виділяє певні речовини, відкриває або закриває продихи, переходить до наступної стадії розвитку або у стан спокою, змінює напрямок росту. До особливо виразних реакцій рослин на зовнішній вплив належать швидкі рухи, помітні неозброєним оком (докладніше див. § 16).

Мал. 3.1. Молекули фітохрому (а) та криптохрому (б)

На відміну від багатьох тварин, рослини не мають специфічних органів чуття, але їхні рецепторні білки можуть бути зосереджені у складі спеціалізованих клітин та навіть тканин.

Реакція рослин на світло, гравітаційне поле, зміну температури і вологості

Рослини, за деякими винятками, критично залежать від світла, тож не викликає сумнівів, що вони здатні його розпізнавати. Однак, як не дивно, фоторецепція рослин ніяк не пов'язана з хлорофілом. Цю функцію забезпечують інші речовини, а саме фітохроми та криптохроми (мал. 3.1), присутні в цитоплазматичній мембрані та цитоплазмі.

Фітохроми — рецепторні білки, до складу яких входять жовчні пігменти (біліни). Фітохроми мають синьо-зелене забарвлення і реагують на червоне світло — саме цей тип світла поглинається хлорофілом, тож є найважливішим для рослин. Під впливом фітохрому рослини проростають із насіння, утворюють листки та починають квітнути. Саме завдяки фітохрому хлорофіл синтезується лише на світлі. Нещодавно було доведено, що фітохроми відіграють також роль основних терморецепторів рослинного організму.

Криптохроми — рецепторні білки, до складу яких входить флавоноїдний пігмент птерин. Вони мають жовте забарвлення і поглинають синє та ультрафіолетове світло. Криптохроми відіграють важливу роль у відкриванні продихів, диференціюванні пластид у дозрілі хлоропласти, розкритті сім'ядоль і розпрямленні верхівки молодого пагона. З дією цих пігментів пов'язане і вигинання стебла в бік джерела світла. Клітини верхівки молодого пагона виробляють фітогормон ауксин. Ця речовина збільшує приток поживних речовин у верхівку і сприяє прискоренню її зростання. Під дією криптохромів, збуджених світлом, вироблення ауксину зменшується. Тож частина рослини, яка освітлена гірше, починає рости швидше. У результаті пагін вигинається в бік джерела світла (мал. 3.2).

Мал. 3.2. Вигинання пагона в напрямку джерела світла

Мал. 3.3. Статоліти в рецепторних клітинах кореневого чохлика

Орієнтація у просторі дозволяє кореням рослин досягати ґрунту й одержувати звідти воду та поживні речовини. Здатність відчувати силу тяжіння (гравітаційне поле Землі) надають кореню статоцити — чутливі клітини, розташовані при основі кореневого чохлика. У статоцитах присутні статоліти (мал. 3.3) — лейкопласти з великими крохмальними зернами. Відхилення від оптимального напрямку росту спонукає статоліти до зміни положення. Це у свою чергу реєструється механорецепторами, пов'язаними з актиновими мікрофіламентами. Дія цих рецепторів спричинює перерозподіл ауксину, в результаті чого корінь змінює напрямок росту.

Мал. 3.4. Закриття листка в хижих рослин: венериної мухоловки (а) та росички (б)

У клітинах рослин є й багато інших типів рецепторів. Так, спеціалізовані хеморецептори, розташовані в цитоплазматичній мембрані, здатні реєструвати присутність важливих для рослини речовин, таких як вода, мінеральні йони, сигнали міжклітинної комунікації тощо.

Особливості подразливості в комахоїдних рослин

Рослини, що розвиваються в умовах нестачі Нітрогену (на болотяних ґрунтах, у водоймах, на стовбурах інших рослин), компенсують дефіцит цього елемента, полюючи на комах та інших дрібних тварин. Деякі комахоїдні рослини використовують пасивне полювання: їхні листки утворюють пастку, з якої комахи просто не можуть вибратися назовні. Більш досконалий, активний спосіб використовують венерина мухоловка та росичка (мал. 3.4). Розташовані на поверхні ловчого листка цих рослин клітини містять куполоподібні виступи, що реагують на дотик. Це стимулює проникнення йонів Кальцію в цитоплазму, наслідком чого стає виникнення електричного імпульсу. Імпульс поширюється по клітинах листка і викликає майже миттєве закриття пастки.

Ключова ідея

Чутливість рослин до світла забезпечують білки фітохроми і криптохроми, чутливість до земного тяжіння — механорецептори, пов'язані зі статолітами (особливими пластидами), а чутливість до води і мінеральних речовин — різноманітні хеморецептори клітинної мембрани. Під дією цих рецепторів відбувається перерозподіл у тілі рослини фотогормонів, що спричиняє ріст у потрібному рослині напрямку. У комахоїдних рослин поширені тигморецептори, активація яких запускає електричний сигнал, і ловчий листок закривається.

Запитання та завдання

1. Корені мангрових рослин, на відміну від інших типів коренів, здатні рости вгору. Чим це зумовлено? 2. Як зміниться напрямок росту пагонів та коренів, якщо на довгий час помістити рослину в карусель або центрифугу?