Сложность физиологических процессов

Физиология растений

 

Физиология растений, биологическая наука, изучающая общие закономерности жизнедеятельности растительных организмов. Физиология растений. изучает процессы поглощения растительными организмами минеральных веществ и воды, процессы роста и развития, цветения и плодоношения, корневого (минерального) и воздушного (фотосинтез) питания, дыхания, биосинтеза и накопления различных веществ, совокупность которых обеспечивает способность растения строить своё тело и воспроизводить себя в потомстве. Раскрывая зависимость жизненных процессов от внешних условий, Физиология растений создаёт теоретическую основу приёмов и методов повышения общей продуктивности растительных организмов, питательной ценности, технологического качества их тканей и органов. Физиологические исследования служат научной основой рационального размещения растений в почвенно-климатических условиях, наиболее полно соответствующих их потребностям.

 

РОЛЬ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ

 

Основная задача физиологии растений - объяснить, как растут растения и как физиологические процессы и внутренняя среда реагируют на окружающие условия и антропогенные воздействия. Исследования таких процессов, как фотосинтез, передвижение веществ, ассимиляция, дыхание и транспирация, могут показаться далёким от практических задач лесоводства и садоводства. Однако, рост - это результат взаимодействия физиологических процессов, и чтобы понять, почему деревья растут неодинаково в разных окружающих условиях и при различных агротехнических воздействиях, необходимо знать природу этих физиологических процессов и как на них влияют окружающие условия.

Неблагоприятные окружающие условия, влияющие на существенные физиологические процессы, снижают рост дерева. Например, водный дефицит тормозит рост, так как при этом закрываются устьица, снижается интенсивность фотосинтеза, уменьшается тургесцентность, прекращается рост клеток и возникают другие неблагоприятные условия внутри дерева. Снижает рост дерева и недостаток азота, который является существенной составной частью белков, необходимых для формирования новой протоплазмы, ферментов и других необходимых веществ. Очень важны для роста дерева фосфор, калий, кальций, сера и другие минеральные элементы, входящие в состав коферментов, буферных и других биохимических систем, необходимых для осуществления различных биохимических процессов.

Насекомые и грибы, поражая дерево, тормозят его рост или вызывают заболевание, если повреждение достаточно глубоко нарушает один или несколько физиологических процессов. Дефолиация дерева непосредственно не снижает ростовые процессы, а косвенно влияет на скорость фотосинтеза и синтез регуляторов роста в кроне. При повреждении флоэмы уменьшается перемещение питательных веществ и регуляторов роста к корням, а при повреждении корневой системы сокращается поглощение воды и питательных веществ из почвы. Фитопатологи и энтомологи иногда слишком увлекаются описанием и классификацией болезнетворных организмов и не учитывают тот факт, что в действительности они имеют дело с физиологическими проблемами. Устойчивость к поражению насекомыми и грибами в значительной мере является биохимической проблемой, и повреждение является результатом нарушения биохимических и физиологических процессов. Борьбе с заболеваниями человека способствует использование биохимических и физиологических подходов. Борьба с древесными заболеваниями станет также более эффективной, если энтомологи и фитопатологи станут больше уделять внимания физиологическим аспектам проблемы вместо простого описания болезнетворных организмов и использования химических средств.

Единственный способ, которым генетические различия, внешние факторы, агротехнические воздействия, а также болезни и насекомые могут влиять на рост, - это их влияние на внутренние условия и физиологические процессы дерева. Усилия лесоводов-озеленителей, лесоводов и садоводов должны быть направлены на создание подходящих генотипов и факторов окружающей среды для того, чтобы управлять физиологическими механизмами, которые действительно регулируют ростовые процессы. Для результативного и умелого подхода они должны понять природу основных физиологических процессов, их роль в ростовых процессах и реакцию на действие различных факторов внешней среды.

Фитостерины

Фитостерины – растительные стерины, структурно подобные холестерину, обладают антиатеросклеротической, онкопрофилактической, антиоксидантной и иммуностимулирующей активностью. В организм человека фитостерины попадают с растительной пищей. Доказано, что потребление фитостеринов с пищей снижает риск ишемической болезни сердца на 20-25%; в связи с этим, с начала 1990-х годов в развитых странах широко применяются продукты функционального питания, обогащенные фитостеринами. Механизмы антиатеросклеротического действия фитостеринов связаны с их способностью тормозить всасывание холестерина в кишечнике, снижать в крови уровень холестерина и липопротеидов низкой плотности – «плохих липидов». Повышенное потребление фитостеринов снижает риск рака толстой кишки, простаты, молочной железы, желудка, легких. Механизмы онкопрофилактического действия фитостеринов связаны с их влиянием на структуру клеточных мембран и регуляцию клеточных сигналов, способностью тормозить опухолевый рост и вызывать самопроизвольную гибель раковых клеток, стимулировать реакции иммунитета. Пищевыми источниками фитостеринов являются соя, фасоль и другие бобовые, морковь, томаты, цитрусовые, инжир и другие овощи и фрукты. В России широко распространен хронический дефицит фитостеринов в питании.

Во всем мире насчитывается не одна тысяча сторонников функционального питания. Создание функциональных молочных напитков с растительными добавками открывает новое направление в сфере производства продуктов питания нового поколения. Эти молочные напитки получили название «фитомолоко» и могут содержать добавки различных питательных веществ, выделенных из растений – чаще всего калий, магний, витамины С и Е, полиненасыщенные жирные кислоты и антиоксиданты.

 

 

Среди добавок растительного происхождения выделяются фитостеролы (в русскоязычном варианте – фитостерины – от фито... и стерины). Это та группа веществ, которую часто путают с холестерином – стерином животного происхождения. Фитостерины – растительные стерины, выделяемые из неомыляемой части липидов растений. В отличие от стеринов животных (например, холестерина), боковая цепь в молекулах фитостеринов ненасыщена и содержит не 8, а 9 или 10 атомов углерода.

Растительные стеролы приобрели значительную популярность среди производителей и потребителей. Так, компания Unilever Becel/Flora использует их для производства широкого спектра продуктов Pro-Activ, включающих снятое молоко и пасты. А известная Coca-Cola стала добавлять фитостерины в напитки и фруктовые соки. Американская фирма Bravo! производит обогащенные витаминами молочные напитки. Большим спросом пользуется молочная сыворотка, содержащая большое количество питательных веществ, в том числе кальций и водорастворимые витамины. Поскольку этот продукт беден на вкус, в него добавляют сок и получают новый функциональный напиток.

Доктор Michael de Vrese из Германского федерального исследовательского центра по пищевым продуктам (Germany's Federal Research Centre for Nutrition and Food) предупреждает, что к молочным продуктам, произведенным «по секретной технологии» и не получившим официального сертификата, потребители должны относиться с определенной долей осторожности. Только после получения научно подтвержденных результатов о безвредности и полезности таких продуктов ими можно смело заполнять продуктовую корзину.

Следует подчеркнуть, что реклама функциональных молочных напитков с растительными добавками в большинстве случаев построена на утверждении, что фитостерины снижают уровень «плохого» холестерина в крови. Не покупайтесь на этот примитивный и затасканный рекламный трюк!

 

Литература

 

1. Международное общество по анаэробиозу растений (ISPA). 25-летняя деятельность членов Общества. Б.Б. Вартапетян,

2. Исследование радиальных и продольных профилей аэрации в первичных корнях кукурузы с помощью кислородных микроэлектродов типа Кларка. М.Дж. Дарвент, В. Армстронг, Дж. Армстронг, П.М. Бекетт,

3. Анаэробный обмен аминокислот. Р. Реджиани, А. Бертани,

4. Молекулярные и физиологические механизмы избегания затопления и приобретения выносливости к нему у риса. А.М. Альмейда, В.Х. Вризен, Д.Ван дер Стрэтен,

5. Использование аллилового спирта для отбора регуляторных ADH1 мутантов Arabidopsis. Д.М. Сантос, Ж. Рихо, М. Якобс, Э.С. Деннис, Р. Долферус,

6. Механизмы трансляционного контроля, действующие в растениях кукурузы при недостатке кислорода. К. Сцик-Миранда, С. Джаячандран, А. Там, Дж. Вернер-Фрачек, А.Дж.Вильямс, Дж. Бейли-Серрес,

7. In vivo и in vitro анализ колеоптилей риса, подвергнутых анаэробиозу, открывает неожиданные метаболические пути. Т.В.-М. Фан, А.Н. Лейн, Р.Х. Хигаши.

Физиология растений

 

Физиология растений, биологическая наука, изучающая общие закономерности жизнедеятельности растительных организмов. Физиология растений. изучает процессы поглощения растительными организмами минеральных веществ и воды, процессы роста и развития, цветения и плодоношения, корневого (минерального) и воздушного (фотосинтез) питания, дыхания, биосинтеза и накопления различных веществ, совокупность которых обеспечивает способность растения строить своё тело и воспроизводить себя в потомстве. Раскрывая зависимость жизненных процессов от внешних условий, Физиология растений создаёт теоретическую основу приёмов и методов повышения общей продуктивности растительных организмов, питательной ценности, технологического качества их тканей и органов. Физиологические исследования служат научной основой рационального размещения растений в почвенно-климатических условиях, наиболее полно соответствующих их потребностям.

 

РОЛЬ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ

 

Основная задача физиологии растений - объяснить, как растут растения и как физиологические процессы и внутренняя среда реагируют на окружающие условия и антропогенные воздействия. Исследования таких процессов, как фотосинтез, передвижение веществ, ассимиляция, дыхание и транспирация, могут показаться далёким от практических задач лесоводства и садоводства. Однако, рост - это результат взаимодействия физиологических процессов, и чтобы понять, почему деревья растут неодинаково в разных окружающих условиях и при различных агротехнических воздействиях, необходимо знать природу этих физиологических процессов и как на них влияют окружающие условия.

Неблагоприятные окружающие условия, влияющие на существенные физиологические процессы, снижают рост дерева. Например, водный дефицит тормозит рост, так как при этом закрываются устьица, снижается интенсивность фотосинтеза, уменьшается тургесцентность, прекращается рост клеток и возникают другие неблагоприятные условия внутри дерева. Снижает рост дерева и недостаток азота, который является существенной составной частью белков, необходимых для формирования новой протоплазмы, ферментов и других необходимых веществ. Очень важны для роста дерева фосфор, калий, кальций, сера и другие минеральные элементы, входящие в состав коферментов, буферных и других биохимических систем, необходимых для осуществления различных биохимических процессов.

Насекомые и грибы, поражая дерево, тормозят его рост или вызывают заболевание, если повреждение достаточно глубоко нарушает один или несколько физиологических процессов. Дефолиация дерева непосредственно не снижает ростовые процессы, а косвенно влияет на скорость фотосинтеза и синтез регуляторов роста в кроне. При повреждении флоэмы уменьшается перемещение питательных веществ и регуляторов роста к корням, а при повреждении корневой системы сокращается поглощение воды и питательных веществ из почвы. Фитопатологи и энтомологи иногда слишком увлекаются описанием и классификацией болезнетворных организмов и не учитывают тот факт, что в действительности они имеют дело с физиологическими проблемами. Устойчивость к поражению насекомыми и грибами в значительной мере является биохимической проблемой, и повреждение является результатом нарушения биохимических и физиологических процессов. Борьбе с заболеваниями человека способствует использование биохимических и физиологических подходов. Борьба с древесными заболеваниями станет также более эффективной, если энтомологи и фитопатологи станут больше уделять внимания физиологическим аспектам проблемы вместо простого описания болезнетворных организмов и использования химических средств.

Единственный способ, которым генетические различия, внешние факторы, агротехнические воздействия, а также болезни и насекомые могут влиять на рост, - это их влияние на внутренние условия и физиологические процессы дерева. Усилия лесоводов-озеленителей, лесоводов и садоводов должны быть направлены на создание подходящих генотипов и факторов окружающей среды для того, чтобы управлять физиологическими механизмами, которые действительно регулируют ростовые процессы. Для результативного и умелого подхода они должны понять природу основных физиологических процессов, их роль в ростовых процессах и реакцию на действие различных факторов внешней среды.

Фитостерины

Фитостерины – растительные стерины, структурно подобные холестерину, обладают антиатеросклеротической, онкопрофилактической, антиоксидантной и иммуностимулирующей активностью. В организм человека фитостерины попадают с растительной пищей. Доказано, что потребление фитостеринов с пищей снижает риск ишемической болезни сердца на 20-25%; в связи с этим, с начала 1990-х годов в развитых странах широко применяются продукты функционального питания, обогащенные фитостеринами. Механизмы антиатеросклеротического действия фитостеринов связаны с их способностью тормозить всасывание холестерина в кишечнике, снижать в крови уровень холестерина и липопротеидов низкой плотности – «плохих липидов». Повышенное потребление фитостеринов снижает риск рака толстой кишки, простаты, молочной железы, желудка, легких. Механизмы онкопрофилактического действия фитостеринов связаны с их влиянием на структуру клеточных мембран и регуляцию клеточных сигналов, способностью тормозить опухолевый рост и вызывать самопроизвольную гибель раковых клеток, стимулировать реакции иммунитета. Пищевыми источниками фитостеринов являются соя, фасоль и другие бобовые, морковь, томаты, цитрусовые, инжир и другие овощи и фрукты. В России широко распространен хронический дефицит фитостеринов в питании.

Во всем мире насчитывается не одна тысяча сторонников функционального питания. Создание функциональных молочных напитков с растительными добавками открывает новое направление в сфере производства продуктов питания нового поколения. Эти молочные напитки получили название «фитомолоко» и могут содержать добавки различных питательных веществ, выделенных из растений – чаще всего калий, магний, витамины С и Е, полиненасыщенные жирные кислоты и антиоксиданты.

 

 

Среди добавок растительного происхождения выделяются фитостеролы (в русскоязычном варианте – фитостерины – от фито... и стерины). Это та группа веществ, которую часто путают с холестерином – стерином животного происхождения. Фитостерины – растительные стерины, выделяемые из неомыляемой части липидов растений. В отличие от стеринов животных (например, холестерина), боковая цепь в молекулах фитостеринов ненасыщена и содержит не 8, а 9 или 10 атомов углерода.

Растительные стеролы приобрели значительную популярность среди производителей и потребителей. Так, компания Unilever Becel/Flora использует их для производства широкого спектра продуктов Pro-Activ, включающих снятое молоко и пасты. А известная Coca-Cola стала добавлять фитостерины в напитки и фруктовые соки. Американская фирма Bravo! производит обогащенные витаминами молочные напитки. Большим спросом пользуется молочная сыворотка, содержащая большое количество питательных веществ, в том числе кальций и водорастворимые витамины. Поскольку этот продукт беден на вкус, в него добавляют сок и получают новый функциональный напиток.

Доктор Michael de Vrese из Германского федерального исследовательского центра по пищевым продуктам (Germany's Federal Research Centre for Nutrition and Food) предупреждает, что к молочным продуктам, произведенным «по секретной технологии» и не получившим официального сертификата, потребители должны относиться с определенной долей осторожности. Только после получения научно подтвержденных результатов о безвредности и полезности таких продуктов ими можно смело заполнять продуктовую корзину.

Следует подчеркнуть, что реклама функциональных молочных напитков с растительными добавками в большинстве случаев построена на утверждении, что фитостерины снижают уровень «плохого» холестерина в крови. Не покупайтесь на этот примитивный и затасканный рекламный трюк!

 

СЛОЖНОСТЬ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 

Такие физиологические процессы, как фотосинтез, дыхание или транспирация представляют совокупность химических и физических процессов. Чтобы понять механизм физиологического процесса, необходимо выделить его физические и химические компоненты. В связи с этим физиология растений все более нуждается в усовершенствованных методах биохимии. Биохимический подход оказался очень плодотворным в исследованиях таких сложных процессов, как фотосинтез и дыхание.

Основная цель этой книги - объяснить, каким образом растет дерево. Наш подход при этом скорее экологический, чем биохимический, так как больше внимания уделяет способам воздействия факторов окружающей среды на процессы, чем детальному обсуждению их физиологической природы. Однако мы будем, хотя и кратко, рассматривать, как факторы окружающей среды могут влиять на растение на клеточном и молекулярном уровнях. Такие факторы, как температура, вода и свет, влияют на физиологические процессы непосредственно, прямыми путями, которые можно легко объяснить, а также и косвенно, через побочные регулирующие системы, которые понять труднее. Например, при понижении температуры снижается скорость дыхания вследствие замедления скорости молекулярных превращений и биохимических реакций. При этом также уменьшается проницаемость мембран и увеличивается вязкость протоплазмы и, как следствие, снижается скорость перемещения участников реакции к активным центрам на мембранах. Более того, низкая температура оказывает сложное косвенное воздействие: например, нарушаются покой семян и "выход в стрелку" или происходит преждевременное цветение, которое вызывается главным образом изменениями в концентрации гормональных регуляторов роста. Это должно приводить к активизации или инактивации генов — регуляторов синтеза специфических белков-ферментов. Водный стресс тормозит рост клеток и открывание устьиц непосредственно из-за снижения тургора клеток, но он также оказывает и важное косвенное влияние на ферментативно опосредствованные процессы, такие, как синтез белка. Свет прямо воздействует на фотосинтез, но он влияет и косвенно на рост и цветение (фотоморфогенез) через генную регуляцию ферментативно-регулирующего синтеза ростовых гормонов. Минеральные вещества, являясь составными частями важных клеточных компонентов, оказывают прямое действие, а также и косвенное - в качестве коферментов.