Явление раздражимости хорошо выражено и у клеток растений. Чаще всего у растений встречаются проявления раздражимости в форме медленных двигательных реакций. Такие медленные движения, направленные к раздражителю или от него, называются тропизмами. У растений широко распространены фототропизмы - движения, возникающие в ответ на действие света. Растения тянутся к свету, изгибаются по направлению к нему, и в основе этой реакции лежит свойство раздражимости их клеток.

Иногда же клетки растений быстро реагируют на действие раздражителей. Примером может служить быстрая реакция у растения, известного под названием «стыдливая мимоза». При любом прикосновении к мимозе, при помещении в темноту или в условия повышенной температуры листья ее складываются и как бы увядают. Как только действие раздражителя прекращается, листья мимозы принимают прежнее положение. В основе этой быстрой реакции мимозы лежит также свойство раздражимости ее клеток. Еще пример быстрой реакции растения на действие раздражителя. На болотах, а иногда и по берегам ручьев растет росянка - растение, питающееся насекомыми. Росянка - небольшое растение с розеткой стелющихся листьев, похожих на лопаточки. Поверхность каждого листа покрыта чувствительными волосками красного цвета. Кончик каждого волоска утолщен и покрыт капельками блестящего, как роса, и липкого, как клей, сока. Если на такой лист сядет насекомое, например комар или небольшой жук, то клейкий сок волосков сразу же затрудняет его движения и насекомое оказывается в западне. Волоски листа, задетые насекомым, быстро складываются над пойманной добычей и обильно поливают ее соком. Сок, выделенный секреторными клетками листа, содержит ферменты, под действием которых расщепляются белки. Насекомое переваривается и через несколько часов всасывается. После этого волоски листа поднимаются, и лист снова готов к «охоте».

По сравнению с многоклеточными животными реакции одноклеточных организмов и растений, возникающие в ответ на действие раздражителя, относительно просты: клетки их непосредственно взаимодействуют с внешней средой. У сложноорганизованных многоклеточных животных и у человека нервная система в процессе эволюции стала основным посредником между организмом и окружающей средой. Человек и животные получают информацию об изменениях внешней и внутренней среды посредством рецепторов - особых клеток, обладающих высокой чувствительностью к воздействию разнообразных раздражителей.

У человека 5 видов внешних рецепторов, которые известны вам из курса физиологии (вспомните и назовите их). Имеется и множество внутренних рецепторных клеток. Например, по всему телу рассеяны болевые рецепторные клетки, в стенках крупных кровеносных сосудов находятся чувствительные клетки, реагирующие на изменение концентрации CO2 в крови.

Раздражимость - один из основных признаков жизни. Пока организм жив, он раздражим. С прекращением жизни раздражимость исчезает. Огромное значение раздражимости клеток и организмов заключается в том, что она позволяет всем живым существам находиться в постоянной связи с окружающим миром, дает возможность приспосабливаться к нему. Раздражимость клеток связана в первую очередь с теми большими изменениями, которые происходят в белках, входящих в состав мембран цитоплазмы и ядра каждой клетки. При действии раздражителей, как это стало известно сейчас, происходят изменения в структуре белковых молекул. Способность к изменению структуры в ответ на действие раздражителей - это, по-видимому, одно из первичных элементарных свойств белков, которое возникло в процессе эволюции организмов.

Движение. В теснейшей связи с раздражимостью находится способность клеток и организмов совершать движения. Основу движения составляет сократимость цитоплазмы клеток. Сократимость - одно из основных свойств цитоплазмы живых клеток.

Как правило, растения неподвижно растут на одном месте, и исключение составляют только некоторые одноклеточные водоросли (например, диатомовые), способные к самостоятельному передвижению. Мы уже видели, что на действие таких внешних раздражителей, как свет, растения отвечают движениями листьев и побегов. Кроме того, у растений движения проявляются в росте.

В клетках всех растений постоянно происходит движение цитоплазмы. Эти движения называются токами цитоплазмы. Их можно видеть с помощью микроскопа у водорослей, в клетках листьев традесканции и в других растительных клетках. Токи цитоплазмы имеются также в клетках животных, и их легко наблюдать, например, у таких простейших, как инфузории.

Способность к передвижениям во внешней среде характерна для многих видов бактерий, простейших, для огромного большинства многоклеточных животных. У организмов, способных к передвижениям во внешней среде, различается 4 типа движения клеток: амебоидное, ресничное, жгутиковое и мышечное.

3. Некоторые общие понятия генетики

Природа гена и генотипа. Ознакомившись с основными законами генетики, мы можем теперь подвести некоторые итоги и углубить наше представление о природе гена и генотипа организмов. Наследственная основа (генотип) организма представляет собой сложную систему, слагающуюся из отдельных относительно независимых элементов - генов. Реальность гена доказывается двумя основными группами фактов: 1) относительно независимым комбинированием при расщеплении, 2) способностью изменяться - мутировать. К числу основных свойств гена относится и его способность к удвоению, которое происходит при делении клетки (удвоении хромосом). Гены обладают значительной устойчивостью, что и определяет собой относительное постоянство вида. Между генами осуществляется тесное взаимодействие, в результате чего генотип в целом не может рассматриваться как простая механическая сумма генов, а представляет собой сложную, сложившуюся в процессе эволюции организмов систему.

Материальной основой генов и генотипа служат хромосомы, в состав которых входит ДНК и белки. Биохимической (молекулярной) основой перечисленных выше свойств гена является способность ДНК к самоудвоению (редупликации). В основе действия гена в процессе развития организма лежит его способность через посредство РНК определять синтез белков. В молекуле ДНК как бы записана информация, определяющая состав белковых молекул. Особенно замечательно, что этот механизм является общим на всех ступенях эволюции органического мира - от вирусов и бактерий до млекопитающих и цветковых растений. Это служит указанием на то, что биологическая роль нуклеиновых кислот определилась на очень ранних этапах эволюции жизни, возможно, в самый момент перехода от неживого к живому.

Несмотря на большие успехи в развитии генетики, в особенности за последние десять лет, еще многие вопросы не решены наукой. Так, еще не ясен вопрос, каким образом гены действуют в процессе развития организма. Дело в том, что в каждой клетке имеется Диплоидный набор хромосом, а следовательно, И весь набор генов данного вида. Между тем очевидно, что в разных клетках и тканях функционируют лишь немногие гены, а именно те, которые определяют свойства данной клетки, ткани, органа. Каков же механизм, обеспечивающий активность только определенных генов? Эта проблема сейчас усиленно разрабатывается в науке. Имеются уже некоторые данные, указывающие, что в регуляции действия генов ведущая роль принадлежит белкам, входящим в состав хромосом наряду с ДНК.

Раздражимость - это способность организма или отдельных тканей реагировать на окружающую среду. Это также способность мышцы сокращаться в ответ на растяжение. Возбудимостью называют позволяющее ей реагировать на раздражение или стимуляцию, например, способность нервных или мышечных клеток реагировать на электрический стимул.

Важнейшее биологическое свойство

Раздражимость - это в биологии свойство тканей, которые могут воспринимать внутреннее или внешнее вмешательство и отвечать на него путем перехода в возбужденное состояние. Такие ткани называются возбудимыми и имеют определенное количество характерных качеств. К ним относят следующие:

1. Раздражимость. Это когда клетки, ткани и органы способны на ответную реакцию при вмешательстве определенных раздражителей - как внешних, так и внутренних.

2. Возбудимость. Это такое качество животной или растительной клеток, при котором становится возможной смена состояния покоя на состояние физиологической активности организма.

3. Проводимость. Это способность к распространению возбудительных реакций. Она зависит от строения ткани и ее функциональных особенностей.

4. Память отвечает за фиксирование происходящих перемен на уровне молекул с занесением изменений в Это качество дает возможность предвидеть поведение организма в ответ на повторные вмешательства.

Раздражимость: определение и описание

Что такое раздражимость? Является ли это свойство организма нормой или же это, скорее, состояние болезненной возбудимости и чрезмерная чувствительность органа или части тела? Естественная восприимчивость характерна для всех живых организмов, тканей и клеток, которые под влиянием определенных раздражителей реагируют определенным способом. В физиологии раздражимость - это свойство нервной, мышечной или другой ткани реагировать на раздражители. Способность реагирования на изменения в физической или биологической среде является свойством всего живого на Земле. Примерами может служить следующее: к свету, сужение и расширение зрачка в связи с изменением и так далее.

Этимология понятия

Термин происходит от латинского irritabilitas. Раздражимость - это реакция возбуждения на определенные внешние факторы. Этот термин используется для описания физиологических реакций на раздражители, а также патологических проявлений, связанных с чрезмерной чувствительностью. Это понятие не стоит путать с раздражительностью.

Это свойство может быть продемонстрировано в поведенческих реакциях на окружающую среду, ситуационные, социологические и эмоциональные стимулы и проявляться в неконтролируемом гневе, злости и чувстве разочарования. Как правило, это качество присуще только людям. Раздражимость - это свойство всего живого, включая животный и растительный мир.

Раздражимость и адаптация

Все обладают таким свойством, как раздражимость. Это способность организма воспринять и ответить на определенные стимулы, которые могут иметь как положительное, так и отрицательное влияние. Растение обычно склоняется в ту сторону, где имеется больше солнечного света. Почувствовав тепло, человек может убрать руку от горячей печи.

Тесно связанной с понятием "раздражимость" является адаптация, которая отвечает за изменения в организме в ответ на внешнее воздействие. Например, человеческая кожа темнеет при воздействии интенсивного солнечного света. Термин «адаптация» часто используется для описания определенных перемен в популяциях, которые, как правило, не могут быть переданы потомству и поэтому не являются эволюционно значимыми. Кроме того, эти изменения обычно обратимы. Например, загар будет постепенно исчезать, если индивид перестанет пребывать на солнце. Условия окружающей среды также могут вызвать долгосрочные изменения в генетическом составе популяции, которые будут уже необратимы у отдельных организмов.

Основные понятия

Раздражимостью называют способность живых организмов реагировать определенным образом на внешнее воздействие путем изменения своей формы и некоторых функций. В роли раздражителей выступают те факторы окружающей среды, которые могут вызвать ответную реакцию. В ходе эволюционного развития были сформированы ткани, которые обладают повышенным уровнем чувствительности благодаря наличию в клетках специальных рецепторов. К таким восприимчивым тканям относятся нервная, мышечная и железистая ткань.

Взаимосвязь раздражимости и возбудимости

Раздражимость и возбудимость неразрывно связаны между собой. Возбудимостью называют такое свойство высокоорганизованных тканей, как реакция на внешнее воздействие путем изменения физиологических качеств. На первом месте по возбудимости будет находиться нервная система, за ней следуют мышцы и железы.

Виды раздражителей

Различают внешние и внутренние способы вмешательства. К внешним относятся:

1. Физические (механические, тепловые, лучевые и звуковые). Примерами могут быть звук, свет, электричество.
2. Химические (кислоты, щелочи, яды, лекарства).
3. Биологические (бактерии, вирусы и тому подобное). Раздражителем может также считаться пища и особь противоположного пола.
4. Социальные (для людей это могут быть обычные слова).

Что касается внутренних, то здесь идет речь о веществах, которые производятся самим организмом. Это могут быть гормоны и другие биологически активные составляющие. По силе воздействия выделяют три группы: подпороговые - те, которые могут и не вызывать ответа, пороговые - вмешательства умеренной интенсивности - и сверхпороговые, вызывающие наиболее сильную реакцию.

Раздражимость – это свойство всего живого реагировать на внешние воздействия изменением структуры и функций. Все клетки и ткани обладают раздражимостью.

Раздражители – это факторы среды, способные вызывать ответную реакцию живого образования.

Раздражение – это процесс воздействия раздражителя на организм. В процессе эволюции образовались ткани, обладающие высоким уровнем раздражимости и активно участвующие в приспособительных реакциях. Их называют возбудимыми тканями. К ним относят нервную, мышечную и железистые ткани.

Возбудимость – это способность высокоорганизованных тканей (нервной, мышечной, железистой) реагировать на раздражение изменением физиологических свойств и генерации процесса возбуждения. Наиболее высокой возбудимостью обладает нервная система, затем мышечная ткань и наконец железистые клетки.

Раздражители бывают внешними и внутренними. Внешние делят на:

физические (механические, термические, лучевые, звуковые раздражения)

химические (кислоты, щелочи, яды, лекарственные вещ-ва)

биологические (вирусы, различные микроорганизмы)

К внутренним раздражителям относят вещ-ва, образующиеся в самом организме (гормоны, биологически-активные вещ-ва).

По биологическому значению раздражители делят на адекватные и неадекватные. К адекватным относятся раздражители, воздействующие в естественных условиях на возбудимые системы, например: свет для органа зрения; звук для органа слуха; запах для обоняния.

Неадекватный раз-ль. Чтобы вызвать возбуждение неадекватный раз-ль должен быть во много раз сильнее, чем адекватный для воспринимающего аппарата. Возбуждение представляет собой совокупность физико-химических процессов в ткани.

7. Потенциал покоя потенциал действия. Локальный ответ.

Потенциал покоя.

Когда клетка или волокно находится в состоянии покоя, ее внутренний потенциал (мембранный потенциал) варьирует от -50 до -90 милливольт и условно принимается за ноль. Наличие этого потенциала обусловлено неравенством концентраций ионов Na + ,K + ,Cl - ,Ca 2+ внутри и вне клетки, а также различной проницаемостью мембран для этих ионов. Внутри клетки калия в 30-50 раз больше, чем снаружи. При этом проницаемость мембраны невозбужденной клетки для ионов калия в 25 раз выше, чем для ионов натрия. Поэтому калий выходит из клетки наружу. В этаже время анионы цитоплазмы клетки особенно наружные хуже проходят через мембрану, концентрируются у ее поверхности, создавая «―» потенциал. Вышедшие из клетки ионы калия удерживаются у наружной поверхности мембраны электростатическим противоположным зарядом.

Это разность потенциала называется мембранным потенциалом или потенциалом покоя. Со временем при такой ситуации большинство ионов калия могли бы выйти за пределы клетки и разность концентраций их снаружи и внутри выровнялась бы, но этого не происходит, т. к. в клетке сущ-ет натрий калиевый насос. Благодаря которому осуществляется обратное поступление калия из тканевой жидкости в клетку и выделение ионов натрия против градиента концентрации (а натрия больше снаружи клетки)

Потенциал действия

Если на нервное или мышечное волокно действует раз-ль, то проницаемость мембраны тут же изменяется. Она увеличивается для ионов натрия, т. к. концентрация натрия в тканевой жидкости выше, то ионы устремляются в кислоту, уменьшая до нуля мембранный потенциал. На некоторое время возникает разность потенциалов с обратным знаком (реверсия мембранного потенциала).

а) фаза деполяризации

б) фаза реполяризации

в) фаза следовой реполяризации (потенциал)

Изменение проницаемости мембраны для Na+ продолжается недолго. Она начинает повышаться для K+ и снижается для Na+. Это соответствует фазе реполяризации. Нисходящая часть кривой соответствует следовому потенциалу и отражает восстановительные процессы наступающие после раздражения.

Амплитуда и характер временных изменений потенциала действия (пд) мало зависит от силы раз-ля. Важно чтобы это сила была определенной критической величины, которая называется раздражения или реобазой. Возникнув в месте раздражения потенциал действия распространяется по нервному или мышечному волокну, не изменяя своей амплитуды. Наличие порога раздражения и независимость амплитуды потенциала действия от силы стимула называется законом «все» или «ничего». Кроме силы раздражения важно и время действия его. Слишком короткое время действия раз-ля не приводит к возбуждению. Методически ее трудно определить. Поэтому исследователем Лапина введен термин «хронопсия». Это минимальное время необходимое для того, чтобы вызвать возбуждение ткани при силе раз-ля равной двум реобазам.

Возникновению потенциала действия предшествует в точке раздражения мышцы или нерва активные под пороговые изменения мембранного потенциала. Они проявляются в форме локального (местного) ответа .

Для локального ответа характерны:

зависимость от силы раздражения

нарастание постепенно величины ответа.

нераспространение по нервному волокну.

Первые признаки локального ответа обнаруживаются при действии стимулов составляющих 50-70% пороговой величины. Локальный ответ как и потенциал действия обусловлен повышением натриевой проницаемости. Однако это повышение было недостаточно, чтобы вызвать потенциал действия.

Потенциал действия возникает когда деполяризация мембраны достигнет критического уровня. Но локальный ответ важен. Он подготавливает ткани к последующим воздействиям.

Проведение возбуждения по нервным и мышечным волокнам. Фазовый характер изменений возбудимости нервных волокон.

Проведение возбуждения

Возбуждение распространяется по нервным и мышечным волокнам вследствие образования в них потенциала действия и местных электрических токов. Если в каком-либо участке нервного волокна вследствие действия раз-ля зарождается потенциал действия, то мембрана в этом участке будет заряжена «+». Соседний невозбужденный участок «―».

Возникает местный ток, который деполяризует мембрану и способствует возникновению в этом участке потенциала действия. Т. о. происходит распространение возбуждения по волокну.

В естественных условиях возбуждение по волокну распространяется в виде прерывистых импульсов определенной частоты. Это связано с тем, что после каждого импульса нервное волокно на короткий промежуток времени становится невозбудимым. Изменение возбудимости исследуют при помощи 2-х раздражителей, действующих с определенным интервалом.

Установлены следующие изменения возбудимости.

Рисунок Во время локально ответа возбудимость повышена. В фазу деполяризации отмечается полная не возбудимость нерва. Это так называемая абсолютная рефрактерная фаза. Продолжительность этой фазы для нервных волокон 0,2-0,4 млс, у мышц 2,5-4 млс. Затем следует фаза относительной рефрактерности. Она соответствует фазе реполяризации.

Нервное и мышечное волокно отвечает возбуждением на сильные раздражения. Длиться фаза дольше, чем фаза относительной рефрак. и составляет 1,2 млс.

У одной и той же ткани длительность рефрактерности изменяется особенно при функциональных нарушениях НС или во время заболевания.

В фазу следового потенциала развивается фаза экзальтации или супернормальная фаза, т. е. возникает сильный ответ на действия любого раз-ля. Длиться в нервных волокнах 12-30 млс, в мышцах 50 млс и более.

Понятие о раздражимости

Определение 1

Раздражимость – это совокупность биологической способности клеток и организма реагировать на влияние факторов внешней среды.

Раздражимость это один из основных признаков жизни. Главными элементами процесса раздражимости являются рецепторы.

Их функция состоит в превращение полученной информации в сигналы, и передачи их к другим клеткам или целому организму. Рецепторные клетки владеют сложной системой мембран, реакция которых зависит от их химического состояния и их способности трансформировать один вид энергии в другой.

Замечание 1

Внешним признаком раздражимости является подвижность или сократимость, т.е. способность отдельных структур сжиматься и изменять свою форму и объем.

Раздражимость и формы ее проявления

К основным формам проявления раздражимости организмов относят разные типы двигательных реакций. Эти типы осуществляются целым организмом или некоторыми его частями. Благодаря движению организм или орган может изменять положение своего тела, или отдельных частей тела, во избежание неблагоприятных факторов, или для эффективности использования благоприятных условий.

Двигательные реакции живых организмов:

• Таксисы;
• Тропизмы;
• Настии;
• Натуции;
• Автономные движения.

Таксисы

По характеру ответа организма таксисы бывают положительными и отрицательными. Положительные таксисы характеризуются движением в направлении действующего фактора. При отрицательных таксисов движение происходит в противоположном направлении.

Классификация таксисов (по виду раздражителя):

• Фототаксис – реакция на свет;
• Хемотаксис – реакция на химические соединения;
• Термотаксис – реакция на температуру.

Пример 1

Положительный фототаксис ориентирует движение одноклеточных жгутиковых водорослей в направлении оптимальному освещению, также ориентирует хлоропласты в клетках мезофилла листка. Хемотаксис способствует скоплению бактериальных клеток возле отмерших клеток инфузории, движению лейкоцитов к бактерии и т.д.

Замечание 2

Механизмы таксисов основаны на изменение свойств нативных макромолекул белка под воздействием различных факторов: кислотности, температуры, электрического заряда и др.

Замечание 3

Необходимым условием раздражимости является обратимость частичных изменений макромолекулы, и непосредственное восстановление ее первичного состояния.

Пути изменения положения органов растительного организма:

• За счет неравномерного роста отдельных частей органа;
• За счет временных изменений проницаемости цитоплазмы клеток.
• Такие типы движения принято называть вариационными, т.е. те которые через определенное время способны снова к воспроизведению.

Тропизмы

Определение 4

Тропизм – двигательная реакция органов и частей тела растений на одностороннее влияние факторов внешней среды – света, химических веществ, силы притяжения, воды, механической травмы и др.

Классификация тропизмов (по виду раздражителя):

• Геотропизм – реакция на силу земного притяжения;
• Фототропизм – реакция на одностороннее воздействие света;
• Магнитотропизм – реакция на магнитное поле;
• Хемотропизм – реакция на химические вещества;
• Гидротропизм – реакция на воду;
• Термотропизм – реакция на температуру;
• Травмотропизм – реакция на механическое воздействие.

Различают три типа геотропизма:

1. Положительный. Орган растет вертикально вниз.
2. Отрицательный. Орган растения растет вертикально вверх.
3. Поперечный (диагеотропизм). Орган занимает горизонтальное положение.

РАЗДРАЖИМОСТЬ РАСТЕНИЙ

Чтоже такое раздражимость? Это способ­ность организма воспринимать воздействия внешней и внутренней среды и реагировать изменением процессов жизнедеятельности.

Спектр внешних воздействий, восприни­маемых растением, широк - свет, температура, сила тяжести, химический состав окружающей среды, магнитное поле Земли, механические и электрические раздражения.

У растений так же, как и у животных воспри­ятие раздражения и ответная реакция, напри­мер двигательная, пространственно разоб­щены. Передача раздражения (проведение возбуждения) может осуществляться путем возникновения и распространения по растению электрического потенциала, т. н. потенциала действия.

В существовании электричества у расте­ний можно убедиться на довольно простых опытах.

42. Обнаружение токов повреждения в разрезанном яблоке

Так называемые токи повреждения были впервые обнаружены в конце XVIII в. италь­янским ученым Луиджи Гальвани у животных организмов. Если разрезать отпрепарированную мышцу лягушки поперек волокон и подвести электроды гальванометра к срезу и продольной неповрежденной поверхности, гальванометр зафиксирует разность потенциа­лов около 0,1 В

Первые доказательства существования аналогичных процессов у растений были полу­чены спустя почти 100 лет, когда по аналогии стали измерять токи повреждения на разных растительных тканях. Срезы листьев, стебля, репродуктивных органов, клубней всегда ока­зывались заряженными отрицательно по отно­шению к здоровой ткани.

Итак, вернитесь в 1912 г. и повторите опыт с измерением потенциалов надрезанного яб­лока. Для опыта, кроме яблока, нужен галь­ванометр, способный измерить разность потен­циалов около 0,1 В.

Яблоко разрежьте пополам, удалите сердце­вину. Если оба электрода, отведенных к галь­ванометру, приложить к наружной стороне яблока (кожуре), гальванометр не зафикси­рует разности потенциалов. Один электрод перенесите во внутреннюю часть мякоти, и гальванометр отметит появление тока повреж­дения.

Кроме яблока, можно измерить токи по­вреждения, достигающие 50-70мВ, у сре­занных стеблей, черешков, листьев.

Как показали более поздние исследования, средняя скорость тока повреждения в стебле и черешке составляет около 15-18 см/мин.

В неповрежденных органах биотоки тоже постоянно существуют, но для их измерения нужна высокочувствительная аппаратура.

Установлено, что ткань листа заряжена электроотрицательно по отношению к цент­ральной жилке, верхушка побега заряжена положительно по отношению к основанию, листовая пластинка - положительно по отно­шению к черешку. Если стебель положить горизонтально, то под действием силы земно­го тяготения нижняя часть его становится более электроположительной по отношению к верхней.

Наличие биоэлектрических потенциалов характерно для любой клетки. Разность потен­циалов между вакуолью клетки и наружной сре­дой составляет около 0,15 В. Только в 1 см 2 листа может содержаться 2-4 млн клеток, и каждая - маленькая электростанция.

Решающую роль в возникновении расти­тельного, как впрочем и животного, электри­чества играют

мембраны клетки. Проницаемость их для катионов и анионов в направ­лении из клетки и в клетку не одинакова. Уста­новлено, что если концентрация какого-либо электролита с одной стороны мембраны в 10 раз выше, чем с другой, то на мембране возни­кает разность потенциалов 0,058 В.

Под действием различных раздражителей проницаемость мембран меняется. Это при­водит к изменению величины биопотенциалов и возникновению токов действия. Возбуждение, вызванное раздражителем, может передаваться по растению от корней к листьям, регулируя, например, работу устьиц, скорость фотосинтеза. При смене освещения, изменении температуры воздуха токи действия могут передаваться и в противоположном направлении - от листьев к корням, что приводит к изменению актив­ности работы корня.

Интересно, что вверх по растению биотоки распространяются в 2,5 раза быстрее, чем вниз.

С наибольшей скоростью возбуждение у растений идет по проводящим пучкам, а в них - по клеткам-спутницам ситовидных трубок. Ско­рость распространения потенциала действия (электрических импульсов) по растению у различных видов не одинакова. Быстрее всех реагируют насекомоядные растения и мимо­за-2-12 см/с. У других видов растений эта скорость значительно ниже - около 25 см/мин.

43. Опыт с зеленой горошиной

Этот опыт впервые был поставлен крупней­шим исследователем проблемы раздражимо­сти растений

индийским ученым Д. Ч. Босом. Он показывает, что резкое повышение температуры вызывает в семенах появление токов действия Для опыта нужны несколько зеленых (несозревших) семян гороха посев­ного, бобов, фасоли, гальванометр, препаровальная игла, спиртовка.

Соедините внешнюю и внутреннюю части зеленой горошины с гальванометром. Очень осторожно в бюксе нагрейте горошину (не повреждая) приблизительно до 60°С.

При повышении температуры клеток галь­ванометр регистрирует разность потенциалов до 0,1-2 В. Вот что отметил по поводу этих результатов сам Д. Ч. Бос: если собрать 500 пар половинок горошин в определенном поряд­ке в серии, то суммарное электрическое напря­жение составит 500 В, что вполне достаточно для казни на электрическом стуле.

Самыми чувствительными у растений явля­ются клетки точек роста, находящиеся на верхушках побегов и корней. Многочисленные побеги, обильно ветвящиеся и быстро нараста­ющие в длину кончики корней как бы ощупы­вают пространство и передают информацию о нем в глубь растения. Доказано, что растения воспринимают прикосновение к листу, реаги­руя на него изменением биопотенциалов, перемещением электрических импульсов, из­менением скорости и направления передвиже­ния гормонов. Например, кончик корня реа­гирует более чем на 50 механических, физи­ческих, биологических факторов и всякий раз при этом выбирает наиболее оптимальную програму для роста.

Убедиться в том, что растение реагирует на прикосновения, особенно частые, надоедливые, можно на следующем опыте.

44. Стоит ли трогать растения без надобности

Познакомьтесь с тигмонастиями - дви­гательными реакциями растений, вызван­ными прикосновениями.

Для опыта в 2 горшка высадите по одно­му растению, желательно без опущения на листьях (бобы, фасоль). После появления 1-2 листьев начинайте воздействие: листья одного растения слегка потрите между большим и указательным пальцем 30-40 раз ежедневно в течение 2 недель.

К концу второй недели различия будут видны отчетливо: растение, подвергавшееся механическому раздражению, отстает в росте (рис. 23).

Результаты опыта свидетельствуют, что длительное воздействие на клетки слабыми раздражителями может привести к торможе­нию процессов жизнедеятельности растений.

Постоянным воздействиям подвергаются растения, высаженные вдоль дорог. Особенно чувствительны ели. Их ветви, обращенные к дороге, по которой часто ходят люди, ездят машины, всегда короче ветвей, расположенных на противоположной стороне

Раздражимость растений, т. е. их способ­ность реагировать на разные воздействия, лежит в основе активных движений у расте­ний, которые не менее разнообразны, чем у животных.

Перед тем как приступить к описанию опытов, раскрывающих механизм движения растений, целесообразно ознакомиться с клас­сификацией этих движений. Если растения

Рис. 23 Влияние на рост растений механического воздействия

на осуществление движений затрачивают энер­гию дыхания, это физиологически активные движения. По механизму изгиба они подраз­деляются на ростовые и тургорные.

Ростовые движения обусловлены измене­нием направления роста органа. Это сравни­тельно медленные движения, например из­гибы стеблей к свету, корней к воде.

Тургорные движения осуществляются пу­тем обратимого поглощения воды, сжатия и растяжения специальных двигательных (мо­торных) клеток, расположенных у основания органа. Это быстрые движения растений. Они свойственны, например, насекомоядным ра­стениям, листьям мимозы.

Более подробно типы ростовых и тургорных движений будут рассмотрены ниже по мере выполнения опытов.

Для осуществления пассивных (механиче­ских) движений прямых затрат энергии клетки не требуется. В механических движениях в большинстве случаев цитоплазма не участ­вует. Наиболее распространены, гигроско­пические движения, которые вызываются обезвоживанием и зависят от влажности воздуха.

ГИГРОСКОПИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ

В основе гигроскопических движений лежит способность оболочек растительных клеток к поглощению воды и набуханию. При набу­хании вода поступает в пространство между молекулами клетчатки (целлюлозы) в обо­лочке и белка в цитоплазме клетки, что при­водит к значительному увеличению объема клетки.

45. Движения чешуи шишек хвойных, сухого мха, сухоцветов

Изучите влияние температуры воды на ско­рость движения семенных чешуи шишек.

Для опыта нужны по 2-4 сухие шишки сос­ны и ели, высушенные соцветия акроклиниума розового или гелихризума большого (бессмерт­ники), сухоймох кукушкин лен, часы.

Р
ассмотрите сухую шишку сосны. Се­менные чешуи подняты, хорошо видны ме­ста, к которым были прикреплены семена (рис. 24).

Опустите половину шишек сосны в холод­ную воду, а вторую - в теплую (40-50 °С). Наблюдайте за движением чешуи. Отметьте

Рис. 24. Шишки сосны.

время, которое потребовалось для полного их смыкания.

Достаньте шишки из воды, стряхните и проследите за движением чешуи в процессе высыхания.

Отметьте время, за которое чешуи вернутся в исходное состояние, занесите данные в таблицу:

Повторите опыт с теми же шишками не­сколько раз. Это позволит не только получить более точные данные, но и убедиться в обрати­мости изучаемого вида движений.

Результаты опыта позволят сделать важ­ные выводы:

1) Движение семенных чешуи шишек обус­ловлено потерей и поглощением ими воды. Об этом же свидетельствует прямая зависимость движения чешуи от температуры воды: при ее повышении скорость движения молекул воды возрастает, набухание чешуи происходит быстрее.

2) Чтобы набухание чешуи могло изменить их положение в пространстве, строение и хи­мический состав клеток на внешней и внутрен­ней стороне чешуи должны быть различными. Это действительно так. Оболочки клеток верхней стороны чешуи шишек хвойных более эластичны, растяжимы по сравнению с клет­ками нижней стороны. Поэтому при погружении в воду они поглощают ее больше, быстрее уве­личивают свой объем, что приводит к удлине­нию верхней стороны и движению чешуи вниз. В процессе обезвоживания клетки верхней сто­роны теряют воду тоже быстрее клеток нижней стороны, что приводит к загибанию чешуи вверх.

Интересно наблюдать вызываемые набуха­нием движения листьев кукушкина льна либо других листостебельных мхов. У живых расте­ний листья направлены в сторону от стебля, а у сухих - прижаты к нему. Если опустить су­хой стебелек в воду, через 1-2 мин листья переходят из вертикального положения в гори­зонтальное.

Очень красивы движения высушенного соцветия бессмертника. Если сухое соцветие опустить в воду, через 1-2 мин листочки обертки приходят в движение и соцветие за­крывается.

Задание. Сравните скорость движения чешуи шишек различных видов хвойных. Зави­сит ли она от размера шишек? Сравните ско­рость движения чешуи шишек сосны и ели, ли­стьев мхов и листочков обертки соцветия бессмертника, выявите черты сходства и раз­личия.

46. Гигроскопические движения семян. Гигрометр из семян аистника

Гигроскопические движения играют важ­ную роль в распространении семян различных растений.

Изучите механизм самозакапывания семян аистника, перемещения по почве семян ва­силька полевого.

Для опыта нужны семена аистника (грабельника), василька синего, лист плотной бумаги, часы, предметное стекло.

Аистник - распространенное в Белоруссии растение. Свое название получило благодаря сходству плода с головой аиста (рис. 25).

Рассмотрите внимательно строение сухого плода аистника. Доли зрелого коробочковидного плода снабжены длинной остью, в ниж­ней части спирально закрученной. Плод по­крыт жесткими волосками.

На предметное стекло нанесите каплю воды и опустите в нее сухой плод. Закрученная спиралью нижняя часть начинает раскручива-

ться и плод, не имеющий опоры на стекле, совершает вращательные дви­жения.

После полного выпрямления ости перенесите плод на сухую часть стекла. По мере высыхания нижняя часть снова закручивается в спи­раль и вызывает вра­щение плода.

Проведите хроно­метраж опыта, срав­нивая скорости про­цессов раскручива­ния и закручивания спирали.

Механизм движе­ния плода аистника тот же, что и чешуи шишек хвойных - различие в гигро­скопичности клеток ости.

Наблюдения за движением плода в капле воды позволя­ют понять поведение его в почве. Ко­гда плод падает на землю, верхний конец ости, загнутый под прямым углом, цепляется за окружающие его стебельки и остается не­подвижным. При закручивании и

Рис. 25. Аистник.

раскручивании спирального участка нижняя часть плода с се­менем ввинчивается в землю. Путь назад преграждают жест­кие, отогнутые вниз волоски, покрываю­щие плод.

Чтобы изготовить примитивный гигро­метр, в кусочке кар­тона или дощечке, покрытой белой бу­магой, проделайте отверстие и закре­пите в нем нижний конец плода. Для калибровки прибора сначала высушите, за­тем смочите ость водой и отметьте крайнее положение (рис. 26). Размещать прибор луч­ше на улице, где колебания влажности выра­жены более резко, чем в помещении.

Аистник - не единственное растение, спо­собное к самозакапыванию семян. Сходное строение и механизм распространения имеют ковыли, овсюг, лисохвост.

Плоды василька (семянки с хохолком из твердых щетинок) не способны к самозака­пыванию. При колебаниях влажности почвы щетинки попеременно опускаются и подни­маются, толкая плод вперед.

Задание. Соберите семена василька, лисохвоста, овсюга. Изучите поведение их во влажной и сухой среде, сравните с аист­ником.

Рис 26. Гигрометр из аистника.

ТРОПИЗМЫ

В зависимости от строения органа и дей­ствия факторов внешней среды различают два вида ростовых движений: тропизмы и настии.

Тропизмы (от греч. «тропос»-поворот), тропические движения - это движения орга­нов с радиальной симметрией (корень, сте­бель) под влиянием факторов внешней среды, которые действуют.на растение односторонне. Такими факторами могут быть свет (фототропизм), химические факторы (хемотропизм), действие силы земного тяготения (геотропизм), магнитное поле Земли (магнитотропизм) и др.

Эти движения позволяют растениям рас­полагать листья, корни, цветки в положении, наиболее благоприятном для жизнедеятель­ности.

47. Гидротропизм корня

Одно из наиболее интересных видов дви­жения-движение корня к воде (гидротро­пизм). Наземные растения испытывают посто­янную потребность в воде, поэтому корень всегда растет в ту сторону, где содержание во­ды выше. Гидротропизм присущ прежде всего корням высших растений. Наблюдается так­же у ризоидов мхов и заростков папоротников.

Для опыта нужно 10-20 наклюнувшихся семян гороха (люпина, ячменя, ржи), 2 чашки Петри, немного пластилина.

Плотно прикрепленным ко дну пластили­новым барьером разделите площадь чашки на 2 равные части. На барьер положите на­клюнувшиеся семена, слегка вдавливая их в пластилин, чтобы при росте корня семена не сдвинулись с места. Корешки должны быть направлены строго вдоль барьера (рис. 27).

Эти этапы работы в контрольной и опыт­ной чашках одинаковы. Теперь предстоит со­здать различные условия увлажнения. В конт­рольной чашке влажность в левой и правой ча­стях должна быть одинакова. В опытной чаш­ке вода наливается только в одну половину, а вторая остается сухой.

Рис. 27. Схема расположения семян при изучении гидротропизма корня.

Обе чашки накройте крышками и помести­те в теплое место. Ежедневно наблюдайте за положением корешков. Когда ориентация их станет хорошо заметной, подсчитайте коли­чество семян, корни которых проявили поло­жительный гидротропизм (рост органа в сто­рону воды).

Наблюдения за движением корешка к воде ясно показывают, что тропизмы - это росто­вые движения. Корешок растет в сторону воды, при этом происходит, если это необхо­димо растению, изгиб корня.

121

химических веществ зона роста органа, а изгиб образуется на некотором рас­стоянии от нее, т. е. происходит передача раздражения по корню (рис. 28).

Задание. По описанной выше схеме опы­та проверьте способность растений распозна­вать не только воду, но и нужные растению раст­воры минеральных солей, например 0,3-про­центный раствор нитрата калия или аммония.

Рис. 28 Хемотропический изгиб корней

48. Влияние силы земного тяготения на рост стебля и корня

Большинство растений растет вертикаль­но. При этом главную роль играет не располо­-

жение их относительно поверхности почвы, а направление радиуса Земли. Именно поэтому на горных склонах растения растут под любым углом к почве, но вверх. Главный стебель обла­дает отрицательным геотропизмом - он рас­тет в сторону, противоположную действию силы земного тяготения. Главный корень, напро­тив, обладает положительным геотропизмом.

Наиболее интересно поведение боковых по­бегов и корней: в отличие от главного корня и стебля, они способны расти горизонтально, обладая промежуточным геотропизмом. По­беги и корни второго порядка вообще не вос­принимают действие силы земного тяготения и способны расти в любом направлении. Не­одинаковое восприятие побегами и корнями различных порядков действия силы земного тяготения позволяет им равномерно распре­деляться в пространстве.

Чтобы убедиться в противоположной реак­ции главного стебля и главного корня на одно и то же воздействие силы земного тяготения, можно поставить следующий опыт.

Для опыта нужны наклюнувшиеся семена подсолнечника посевного, пластинки из стек­ла и пенопласта 10Х10 см, фильтроваль­ная бумага, пластилин, стакан.

На пластинку из пенопласта положите несколько слоев увлажненной фильтроваль­ной бумаги. Наклюнувшиеся семена разме­стите на ней так, чтобы их острые концы были направлены вниз. По углам пластинки при­крепите кусочки пластилина. Положите на них, слегка прижимая, стеклянную пластинку, чтобы зафиксировать семена в нужном положении. Оберните несколькими слоями увлажненной фильтровальной

бумаги и в вертикальном положении (острые концы семян должны быть направлены вниз) поместите в теплое место.

Когда корешки достигнут 1-1,5 см, пла­стинку переверните на 90°, чтобы корешки бы­ли расположены горизонтально.

Ежедневно контролируйте состояние про­ростков. Фильтровальная бумага должна быть влажной.

Проведите хронометраж опыта и отметьте время (в сутках от начала опыта) проявления геотропического изгиба.

Результаты опыта свидетельствуют, что при любом положении проростка в простран­стве главный корень всегда изгибается вниз, а стебель - вверх. Причем ответная реакция осевых органов может проявиться довольно быстро (1-2 ч).

Геотропическая чувствительность растений высока, некоторые способны воспринимать от­клонение от вертикального положения в 1°. Проявление ее зависит от сочетания внешних и внутренних условий. Под влиянием низкой температуры воздуха отрицательный геотро­пизм стеблей может переходить в поперечный, что приводит к их горизонтальному росту.

Каким же образом стебель или корень «ощущают» свое положение в пространстве? У корня зона, воспринимающая геотропиче­ское раздражение, находится в корневом чехлике. Если его удалить, геотропическая ре­акция затухает. В стебле силы земного тяго­тения также воспринимаются верхушкой.