Н.В. БАТУРИЦКАЯ, Т.Д. ФЕНЧУК

Продолжение. См. No 42, 44-47/1999; 2, 3/2000

Удивительные опыты с растениями

48. Как поднимаются полегшие стебли ржи

Затопление почвы, как это бывает после затяжных дождей или неправильного полива, может привести к полеганию зерновых культур из-за смены отрицательной геотропической реакции стеблей злаков на положительную. Вызванный этим изгиб стебля происходит своеобразно: он как бы надламывается и изгибается вниз. После улучшения аэрации почвы побег может снова приобрести отрицательную геотропическую настроенность и выпрямиться, при этом на стебле возникают своеобразные коленчатые изгибы.
Для опыта нужны произрастающие в природных условиях растения ржи в фазе колошения, 3 металлические шпильки или 6 деревянных колышков, с помощью которых можно прижать стебли к почве, 3 небольших стакана с водой.
На первом этапе выясните, в какой части горизонтально лежащего стебля может произойти геотропический изгиб, на втором изучите способность междоузлий к росту.
Металлическими шпильками или деревянными колышками осторожно прижмите к почве 3 растения ржи таким образом, чтобы стебель располагался горизонтально. У одного растения шпильку расположите под одним из нижних междоузлий, у второго – в средней части соломины, у третьего – непосредственно под колосом. Наблюдайте за растениями. Отметьте время (в сутках) и место проявления геотропической реакции (изгиб вверх).
Результаты опыта показывают, что полегший стебель ржи поднимается через несколько дней вертикально в результате формирования изгиба в основании одного из междоузлий (рис. 26). Если растение еще не окончило рост, изгиб может произойти в любом междоузлии. Это связано с тем, что у злаков каждое междоузлие в нижней своей части имеет зону делящихся клеток (вставочную меристему). Интенсивность деления и растяжения клеток верхних и нижних междоузлий различна.

Рис. 26. Геотропический изгиб стебля

Убедитесь в том, что каждое междоузлие соломины ржи растет самостоятельно, за счет собственной меристемы. Из верхней части стебля вырежьте междоузлие так, чтобы верхний и нижний срезы прошли под близлежащими узлами соломины. Лист можно отрезать, но влагалище оставьте. Чтобы выяснить, в какой части междоузлия находится зона деления и растяжения клеток, разрежьте междоузлие поперек. Получите равные половины: нижняя – с узлом и влагалищем листа, верхняя – участок междоузлия.
Обе половины междоузлия поставьте в сосуд с водой, накройте стеклянной пластинкой. Через сутки сравните их длину: верхняя половина почти не изменится в размерах, следовательно, клетки ее уже закончили рост, нижняя увеличится в длине, при этом соломина заметно выдвинется из влагалища. Измерив прирост междоузлия за сутки, приблизительно определите скорость его роста.
Результаты опыта показывают, что нарастание стебля ржи в длину происходит путем деления и растяжения клеток нижней части междоузлий. Так как в стебле злаков несколько междоузлий и каждое растет самостоятельно, геотропические изгибы могут происходить в любом из них, если ростовые процессы еще не прекратились.

Задание. Используя описанную выше методику, определите скорость роста нижних междоузлий, сравните ее со скоростью роста верхних.

49. Изучение фототропизма растений

Растения при недостаточном освещении всегда растут в сторону света. Это явление носит название фототропизма, в данном случае – положительного.
Корни растений находятся в земле, свет для их роста не нужен, поэтому у большинства растений корни фототропически нейтральны. Но у ряда растений корни способны проявлять при освещении отчетливую отрицательную фототропическую реакцию, изгибаясь от источника света.
Для опыта нужны семена растений семейства крестоцветных, например капусты, горчицы сарептской, редиса посевного, опилки, невысокий стакан, кусочек пробки или пенопласта, фототропическая камера или черный колпак с небольшим отверстием для света.
Во влажных опилках вырастите проростки исследуемого растения таким образом, чтобы корешок был прямым. Для этого наклюнувшиеся семена зафиксируйте, как описано в опыте № 46. Можно также вырастить растение в пробирке. В кусочке пробки или пенопласта проделайте отверстие и пропустите в него корешок растения.
Пробку с укрепленным проростком поместите в стакан с водой и перенесите в темное место на сутки. За это время под действием силы земного тяготения корень вырастет отвесно вниз, а стебель – вертикально вверх.
Измените условия освещения. Поставьте стакан с проростком в фототропическую камеру или накройте черным колпаком с расположенным сбоку отверстием для света. Уже через несколько часов можно заметить изменения в ориентации органов: стебелек начинает изгибаться в сторону света, а корень – в противоположную (рис. 27).

Рис. 27. Фототропизм стебля и корня горчицы

Проведите хронометраж опыта. Вскоре становится ясно, что в стебле затененная сторона растет быстрее, чем освещаемая, что приводит к изгибу в сторону источника света.
Наблюдая за развитием изгиба в корне, отметьте, что в нем быстрее происходит рост клеток освещаемой стороны. Торможение роста затененной стороны вызывает изгиб от света.
Противоположная реакция стебля и корня на одно и то же воздействие указывает на различие физиологических свойств клеток этих органов.
И в корне, и в стебле действие света воспринимается верхушкой органа, а изгиб происходит в той части, где клетки проходят фазу растяжения.
Установлено, что при неравномерном освещении стебля в нем происходит перераспределение гормона ауксина: до 75% его перемещается на затененную сторону. Это приводит к усилению растяжения клеток и удлинению затененной стороны.
В корне большую роль в торможении роста затененной стороны играет, вероятно, абсцизовая кислота, которая синтезируется в корневом чехлике и накапливается в большом количестве на затененной стороне.

Задание. Выясните, являются ли верхушки стебля и корня местом восприятия действия света. Для этого описанный выше опыт дополните еще одним вариантом с проростками, у которых удалена верхушка органа.

50. Движение корзинки подсолнечника

Интересной разновидностью фототропизма является гелиотропизм – движение органа вслед за движением солнца по небосводу в течение дня.
Для опыта нужны растущие на открытом месте растения подсолнечника с раскрытыми и закрытыми соцветиями, компас, несколько листов бумаги, карандаш, отвес – нитка с привязанным небольшим грузом, например гвоздем.
Лист бумаги через прорезь в нем наденьте на стебель растения и опустите на землю. С помощью компаса отметьте на бумаге направление сторон горизонта. К центральной части соцветия поднесите нить отвеса так, чтобы гвоздь острием почти касался бумаги. Проекцию отвеса отметьте на бумаге карандашом (в виде точки) и заметьте время. В течение дня через каждые час-два повторяйте измерения. Точки соедините, стрелкой укажите направление движения соцветия.
Наблюдения показывают (рис. 28), что раскрывшиеся желтые корзинки подсолнечника в течение дня остаются неподвижными, ориентированными на восток, тогда как нераскрывшиеся зеленые корзинки поворачиваются за солнцем, совершая путь с востока на запад.

Рис. 28. Гелиотропизм подсолнечника

Этот опыт отчетливо показывает зависимость ростовых движений растений от возраста органа: изгибы органа возможны только до тех пор, пока клетки его проходят фазу растяжения. Клетки полностью дифференцировавшихся тканей, в данном опыте – обертки раскрытого соцветия подсолнечника, уже не могут делиться, расти в длину и поэтому не обнаруживают движения.

Задание. Выясните, существует ли явление гелиотропизма у других растений.

51. Магнитное поле Земли и рост корня

Одно из наиболее таинственных движений растений – магнитотропизм – зависимость роста от действия магнитного поля Земли.
Для опыта нужны компас, семена любого вида растений, у которых видно направление роста зародышевого корешка, чашка Петри, фильтровальная бумага.
На дно чашки Петри уложите несколько слоев фильтровальной бумаги, обильно смочите ее и разделите поверхность на 2 части. В одной сухие семена положите таким образом, чтобы их зародышевые корешки были направлены точно к Южному полюсу, во второй – к Северному. Чашку закройте крышкой.
В большинстве случаев семена, ориентированные корешками к Южному полюсу, прорастают быстрее. В другой части чашки Петри корешки изгибаются в сторону Южного магнитного полюса.
Результаты опыта показывают, что проростки растений способны ориентироваться в пространстве.
К сожалению, о механизме восприятия магнитного поля Земли и процессах, происходящих в клетках растений под его воздействием, крайне мало данных.
Задание. Изучите влияние магнитного поля Земли на скорость прорастания, направление роста зародышевых корешков различных видов растений. Выясните, как будет происходить рост зародышевых корешков при ориентации их на запад и восток.

Настии

Помимо органов с радиальной симметрией есть органы и с двусторонней симметрией – листья, усики некоторых растений (например, гороха посевного).
Благодаря различиям в строении, химическом составе клеток верхней и нижней сторон они способны реагировать на диффузное, равномерное изменение условий среды вокруг листа, цветка. Движения такого типа называются настическими, или просто настиями (от греч. «настос» – уплотненный). Термин возник в связи со способностью некоторых видов растений поднимать или опускать листья, плотно прижимая их друг к другу (рис. 29).

Рис. 29. Настические движения листьев фасоли (а) и донника желтого (б)

Названия настий, как и тропизмов, зависят от тех раздражителей, которые их вызывают. Различают фото-, термо-, никти-, хемо-, тигмо-, сейсмо-, электро-, травмонастии.

52. Наблюдения за движениями венчиков цветков

Для опыта нужны полоска миллиметровой бумаги длиной около 10 см, лист миллиметровой бумаги, цветущие растения: годеция крупноцветковая, деморфотека гибридная, ипомея пурпурная, маттиола двурогая, ноготки лекарственные, портулак крупноцветный, нивяник наибольший, табак душистый, эшшольция калифорнийская.
Никтинастии, обусловленные сменой дня и ночи, – довольно медленные, плавные движения, поэтому определить среднее время открытия и закрытия цветка визуально не просто. Для получения более точных данных необходимо провести наблюдения за движением лепестков в течение всего дня, лучше в солнечную погоду.
Основной показатель – расстояние между расположенными друг против друга лепестками венчика. Когда цветок закрыт, расстояние между лепестками минимально, по мере раскрытия венчика оно возрастает. Расстояние измеряйте полоской миллиметровой бумаги.
Опыт лучше начинать утром, когда венчики большинства цветков еще закрыты. Или, наоборот, раскрыты, как у табака душистого и маттиолы двурогой.
Для наблюдения отберите 2 молодых цветка изучаемого вида. На цветоножки повесьте небольшие этикетки с номером растения.
Измерения проводите с интервалом в 1–2 ч, заканчивая их вечером.
Полученные данные используйте для составления графика движения лепестков венчика в течение дня. На оси абсцисс отложите часы суток, в которые были проведены измерения, на оси ординат – расстояние (мм) между противоположно расположенными лепестками венчика. На кривой, описывающей движение венчика в течение дня, отметьте время начала раскрывания венчика, полного открытия его и закрытия. Полученные данные сведите в таблицу и на ее основе составьте местный вариант цветочных часов.
Наблюдения показывают, что у исследованных видов растений венчики способны открываться и закрываться в определенное, характерное для каждого вида время суток. Изменение условий, например дождь, облачность, приводит к сдвигу в ритмах движений венчиков. Это явление получило образное название «сон растений».

Рис. 30. Движения венчиков календулы лекарственной: 1-, 2-, 3-я повторности

У календулы лекарственной венчики раскрываются около 10 ч утра и к 19–20 ч закрываются (рис. 30). Иной характер этих движений у ослинника двулетнего (рис. 31).

Рис. 31. Движения венчиков ослинника двулетнего: 1-, 2-, 3-я повторности

У большинства растений движения отчетливо выражены только у молодых цветков, а лепестки старых либо совсем не двигаются, либо их движения имеют несколько другой характер. Например, у портулака крупноцветкового цветки начинают открываться в 9 ч утра и в 11 ч все уже открыты. Молодые цветки «бодрствуют» до 15 ч, а старые тут же начинают закрываться и в 14 ч уже все «спят» (рис. 32). Поэтому грядки портулака в 14 ч выглядят оригинально: часть цветков закрыта, часть открыта.

Рис. 32. Движения венчиков портулака: а – молодых; б – старых цветков; 1-, 2-, 3-я повторности

Наблюдения за движениями одного и того же цветка в течение нескольких дней убеждают, что ритмические движения венчиков совершаются непрерывно до тех пор, пока цветок не состарится.

Рис. 33. Движения венчиков картофеля: а – первый; б – второй; в – третий день; 1-, 2-, 3-я повторности

На рис. 33 представлена запись движений венчика цветков картофеля в течение 3 дней. Каждый день цветки картофеля в 6–7 ч утра раскрывались и к 20–21 ч закрывались.
Способностью к движениям обладают и листья. Семядольные листочки лебеды раскидистой, томатов, перца овощного вечером поднимаются, а днем опускаются, подставляя листовые пластинки солнцу. Сходным образом ведут себя листочки сложных листьев клевера белого, горошка мышиного, кислицы, робинии лжеакации (рис. 34).

Рис. 34. Движения листьев робинии лжеакации: 1-, 2-, 3-я повторности

Перистые листья робинии лжеакации (белой акации) особенно чувствительны к суточным изменениям освещенности и температуры. В течение суток их листочки могут несколько раз менять свое положение. Утром они располагаются горизонтально, солнечный свет падает на всю поверхность листа. В полдень, когда интенсивность освещения возрастает, они становятся ребром к солнечным лучам. С заходом солнца листочки свешиваются вниз (рис. 35).

Рис. 35. Зависимость движений листьев робинии лжеакации от освещенности (а) и температуры (б)

Медленный, плавный характер многих никтинастий позволяет сделать вывод, что это ростовые движения. Если клетки верхней стороны лепестка растут быстрее, венчик раскрывается. Замедление их роста по сравнению со скоростью роста клеток нижней стороны лепестка приводит к закрытию цветка.

Этот вывод подтверждается и наблюдениями за способностью к движениям венчиков молодых и старых цветков.

В лепестках стареющих цветков клетки не способны к растяжению, поэтому на изменение условий освещения реагируют слабее. Никтинастические движения листьев, а также лепестков некоторых растений представляют собой не ростовые, а тургорные движения. Движения листа происходят вследствие быстрого увеличения или уменьшения объема клеток, расположенных у основания органа.

Никтинастии – результат совместного влияния изменяющихся в течение суток освещенности и температуры. Большую роль играют также внутренние раздражения – характерный для них суточный ритм движений растения сохраняют, находясь в течение нескольких суток в условиях равномерного освещения и температуры.

Задание. Изучите ритмы фотонастических движений венчиков дикорастущих растений, например представителей семейства сложноцветных (ястребинки волосистой, кульбабы осенней, осота огородного). Сравните способность к движению молодых и старых цветков культурных и дикорастущих видов.

53. Термонастии цветка тюльпана

Для опыта нужны побеги тюльпанов, комнатный термометр, холодильник, часы.
Побеги с полностью раскрытыми цветками положите на нижнюю полку холодильника (около +5°С). Когда цветки полностью закроются, достаньте побеги из холодильника и перенесите в теплое помещение. Занесите в таблицу данные о времени, за которое лепестки открывались и закрывались.

Для вывода о механизме этого вида движений проделайте опыт с состарившимися цветками.
И в природных условиях цветки тюльпанов, крокусов, галантуса белого (подснежника), портулака крупноцветного в холодные дни не раскрываются.
Несомненно, термонастические движения лепестков играют защитную роль, предохраняя завязь и пыльцу от переохлаждения и переувлажнения. И это особенно важно для раннецветущих растений: крокусов, галантусов, которые из-за капризов погоды порой могут оказаться под снегом.

Задание. Сравните скорость термонастических движений портулака крупноцветного и эшшольции калифорнийской. Выясните зависимость скорости движений венчика от возраста цветков (считая первым днем день раскрытия бутона).

Продолжение следует