Физиолого-биохимические основы формирования семян зерновых культур. Влияние климата и условий выращивания на химический состав зерна.

Чтобы правильно управлять биохимическими процессами растения, направляя их в нужном направлении необходимо хорошо знать, как изменяется качество зерна под влиянием климатических условий. Качество зерна зависит от отдельных элементов погоды или их совокупности в отдельные периоды развития растений.

Температурный фактор действует в определенных границах, так как с ним связано содержание в почве гумуса, количество которого увеличивается лишь при температуре почвы не выше 30 °С (оптимальная температура его накопления в почве 25 °С). При более высокой температуре почвы перегной не только не образуется, но даже разлагается. Районы, богатые осадками, хотя и находятся на востоке, как правило, содержат мало белка в связи с вымыванием легкорастворимых соединений азота. Азот, в свою очередь, является обязательной составной частью белка.

На формирование белка в зерне пшеницы большое влияние оказывает влажность почвы – в засушливые годы зерно пшеницы вырастает с повышенным содержанием белка. Температурный фактор влияет на количество и качество клейковины – при повышении температуры воздуха увеличивается содержание и повышается качество клейковины. Это, в свою очередь, влияет на качество хлебопекарных и макаронных изделий.

Отмечая положительную роль сухости климата, следует отметить, что большой недостаток влаги может оказать отрицательное влияние на величину урожая и качество зерна. При сильной засухе зерно оказывается щуплым и низконатурным.

38. Основные этапы роста и развития растений. (+фазы и меристемы)

Клетка проходит ряд последовательных этапов (фаз) своего роста и развития: деления (эмбриональная фаза), роста растяжением (фаза растяжения), дифференцировки (фаза дифференциации), старения и смерти. Для эмбриональной фазы (деления) характерны деление клеток, увеличение массы их протоплазмы и ядра. Клетки мелкие, с очень тонкими стенками, вакуолей нет или зачаточные. Дочерние клетки, достигая размеров материнской, могут вновь делиться. Эмбриональные клетки точек роста синтезируют ауксин. Для делящихся клеток характерно относительно низкое содержание ИУК и АБК и высокое — цитокининов. Предполагают, что имеется специфический белок деления клетки, который индуцирует митоз. Биосинтез его заканчивается за несколько десятков минут до начала деления клетки. Для деления клеток необходимы витамины, аминокислоты, пурины содержащиеся в значительных количествах в эмбриональных тканях. Для зон клеточного деления характерен интенсивный обмен веществ. После 3—5 делений клетки периферийной зоны переходят в фазу растяжения. Инициальные же клетки меристемы продолжают делиться на протяжении всего периода роста растительного организма, оставаясь эмбриональными. Для фазы растяжения характерно быстрое увеличение объема клеток, который возрастает в 50—100 раз. Рост клетки происходит благодаря увеличению вакуоли, растягивающей клетку. Вода поступает в вакуоль осмотически. Концентрация клеточного сока повышается за счет сахаров, аминокислот, ионов. Резко возрастает интенсивность дыхания в расчете на клетку. Условием роста клеточной оболочки является ее разрыхление, которое связано с действием ауксина. Ауксин индуцирует активный транспорт ионов Н⁺ из цитоплазмы в клеточную стенку. В результате снижается рН, что способствует разрыву связей кальция с углеводными компонентами клеточной оболочки, увеличивает ее пластичность. Рост клеточной оболочки обеспечивается новообразованием составляющих ее полимеров. В конце фазы растяжения происходит лигнификация клеточных стенок, повышается содержание фенольных ингибиторов и абсцизовой кислоты, снижается содержание ауксина. Рост растяжением обеспечивает увеличение площади листовых пластинок, длины стебля и корневой системы растений. Следует отметить, что клетка в фазе растяжения характеризуется не только максимальной интенсивностью аэробного дыхания и поглотительной активности, но и минимальной устойчивостью к неблагоприятным факторам среды. Поэтому в неблагоприятных условиях прежде всего повреждаются клетки, находящиеся в этой фазе. В фазе дифференциации в структуре и функциях клетки появляются характерные особенности, определяющие ее принадлежность к конкретной специализированной ткани. Специализация клеток происходит уже в меристематической зоне под влиянием местоположения: клеточного окружения, полярности и др. Важную роль в этом процессе играют фитогормоны, особенно ауксин. На активность генов влияют и внешние факторы (свет и др.). Под воздействием ИУК происходит укоренение черенков растений, в условиях культуры тканей дифференцированная клетка может вновь стать эмбриональной. В фазе дифференциации большие изменения наблюдаются в клеточной стенке: откладываются новые слои целлюлозы, включаются лигнин, суберин и др. Появляются клетки механических и проводящих тканей. После дифференцировки в фазе зрелости клетка выполняет функции, заложенные в ее организации. Старение и отмирание завершают онтогенез клеток. В результате преобладания гидролитических процессов над синтетическими в стареющих клетках снижается содержание РНК, белков, повышаются активность пероксидазы и кислых протеаз, проницаемость мембран, разрушаются хлорофилл и хлоропласты и др. Имеются две гипотезы, объясняющие механизмы старения: накопление повреждений в генетическом аппарате, мембранах и в других структурах, увеличение концентрации ядовитых веществ в клетке; включение генетической программы старения как последнего этапа онтогенеза. Процессы старения клетки того или иного органа растения резко ускоряет уменьшение поступления ауксина, цитокинина, гиббереллина, увеличение содержания этилена и абсцизовой кислоты.

Развитие высших растений подразделяют на четыре этапа: 1) эмбриональный, 2) ювенильный (молодость), 3) репродуктивный (зрелость), 4) старость.

Эмбриональный этап онтогенеза семенных растений охватывает развитие зародыша от зиготы до созревания семени включительно. Этап молодости у семенных растений начинается с прорастания семян или органов вегетативною размножения (например, клубней) и характеризуется быстрым накоплением вегетативной массы. Растения в этот период не способны к половому размножению. Этап зрелости и размножения, т. е. период готовности к зацветанию и образованию органов вегетативного размножения, период закладки и роста органов размножения, формирования семян и плодов. Этап старости и отмирания включает в себя период от полною прекращения плодоношения до естественной смерти организма. Это период прогрессирующего ослабления жизнедеятельности.

Основой роста тканей, органов и всего растения являются образование и рост клеток меристематической ткани. Различают апикальную, латеральную и интеркалярную (вставочную) меристемы. Апикальная меристема — верхушечная образовательная ткань стеблей и корней. Латеральная меристема (камбий, феллоген) расположена параллельно боковой поверхности органа. Интеркалярная меристема расположена в междоузлиях стебля и в основании листьев растений злаков.

(кратко)

В индивидуальном развитии высших растений (онтогенезе) выделяет пять этапов: эмбриональный (семенной или почковый); ювенильный, или молодости; зрелость (половой или вегетативной); размножения — плодоношения (полового или вегетативного) и старости. Каждый этап имеет специфические морфологические признаки, физиологические и биохимические свойства, которые тесно связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии. Основным критерием начала очередных этапов принимают возникновение характерных зачаточных структур. Эмбриональный этап у семенных растений проходит в семенах — от оплодотворения яйцеклетки до начала прорастания зародыша, у вегетативно размножающихся растений — в почках органов вегетативного размножения (клубнях, луковицах и корневищах). Этап молодости (ювенильный) начинается с прорастания почек и продолжается до появления на растении первичных зачатков цветков. Этап зрелости у семенных растений проходит в период от закладки зачатков цветков до появления новых зародышей; у вегетативно размножающихся растений он начинается с появления зачатков органов вегетативного размножения на молодых растениях. Этап размножения (плодоношения) полового или вегетативного проходит от возникновения эмбрионов до полного созревания семян и плодов, он совершается у однолетников однократно, а у многолетних — поликарпических растений (плодовые, ягодники, многолетние травы) — многократно. Этап старости — это период от полного прекращения плодоношения до отмирания растения.