Основні періоди розвитку науки про фізіологію рослин

Сучасний стан фізіології рослин є результатом довгого шляху розвитку, пройденого цією наукою за більш ніж 200 років її існування. Зародилася вона в XVII-XVIII ст. в лоні ботаніки. По­чаток науковому підходу до фізіології рослин зробив Ян-Батіст Ван-Гельмонт (1579-1644), який провів перший кількісний вегетаційний дослід з метою вивчення шляхів живлення рослин. На основі своїх дослідів він зробив помилковий висновок про те, що вода є єдиним поживним се­редовищем для рослин. І тільки пізніше встановлено важливу роль ґрунту та повітря як джере­ла живлення рослин. Можна без перебільшення стверджувати, що своє існування як самостійна гілка ботаніки фізіологія рослин розпочала з науки про живлення.

Один з основоположників мікроскопічної анатомії рослин М. Мальпігі (1628-1694) свої ана­томічні відкриття певних мікроструктур поєднував з їхніми функціями, що мало важливе зна­чення для майбутньої фізіології рослин.

У 1727 p. англійський ботанік і хімік С. Гейлс у своїй книзі "Статика растений" висловлює припущення про можливість живлення рослин за допомогою листків із повітря. Його, без сумніву, слід віднести до засновників фізіології рослин — науки, яка сформувалась значно пізніше, коли в 1771-1782 pp. Д. Прістлі, Я. Інгенхауз та Ж. Сенеб'є виявили ті компоненти, за рахунок яких відбувається повітряне живлення рослин. Пізніше Н. Соссюр (1767-1845) шляхом точного хімічного аналізу показав участь води в повітряному живленні. Так поступово склада­лось уявлення про фотосинтетичну функцію рослин, хоча сам термін "фотосинтез" В. Пфеффер запропонував лише в 1877 p. Після відкриття фотосинтезу, а також законів збереження матерії та енергії, фізіологія рослин все більше включала в поле зору повітряне середовище і сонячне світло як основні матеріальні і енергетичні джерела існування зеленої рослини.

Однак як самостійна галузь науки фізіологія рослин остаточно відокремилась від ботаніки у 1800 p., коли Ж. Сенеб'є (1742-1803) ввів термін "фізіологія рослин" та написав перший підручник з цієї дисципліни, де висвітлив суть предмета, методи і завдання даної науки. В царській Росії фізіологія рослин довго не відокремлювалась у самостійну дисципліну, і лише в 1863 p. новим університетським статутом були створені кафедри фізіології рослин. Першим російським ботаніком-фізіологом треба вважати С.О. Рачинського (1833-1902) — професора фізіології рослин Московського університету, де з 1872 p. широку діяльність розгорнув К.А. Тімірязєв (1843-1920). У Петербурзькому університеті з 1861 p. курс фізіології рослин викладав проф. А.С. Фамінцин (1835-1918). На першому етапі розвитку фізіологія рослин була наукою університетською. Перший російський підручник з фізіології рослин написав у 1887 p. проф. А.С. Фамінцин, на зміну йому в 1891 p. вийшов у світ підручник B.I. Палладіна, який перевида­вався дев'ять разів.

Вагомий внесок в розвиток різних напрямів фізіології рослин в XIX ст. внесли Ж. Буссенго, А.С. Фамінцин, К.А. Тімірязєв, М.С. Цвіт, Хіл, Кальвін, Арнон (фотосинтез), І.П. Бородін, О.М. Бах, Г. Бертран, B.I. Палладін, Л. Пастер, Кребс (дихання), Г. Дютроше, Г. Де Фріз, Ю. Сакс (водний режим), Ю. Лібіх, Г. Гельрігель, Й. Кноп, С.М. Виноградський, М. Бейєрінк, Д.М. Прянишников, Сабінін (мінеральне жив­лення), Й.В. Баранецький, Г. Фехтінг, Г. Клебс (ріст та розвиток рослин) та ін.

На початок XX ст. відбулась остаточна диференціація фізіології рослин на основні розділи її, причому деякі з них набули такого великого значення, що в перші десятиріччя перетвори­лись на самостійні дисципліни з власними теоретичними основами та широким виходом в практику: 1902 p. — вірусологія, 1910 p. — агрохімія, 1930 p. — мікробіологія, біохімія.

В цей період значного успіху досягнуто в розкритті біохімічних механізмів дихання (B.I. Палладін, Г. Віланд, С.П. Костичев, О. Варбург, Д. Кейлін, Т. Тунберг, Г. Кребс, А. Корнберг), фотосинтезу (Р. Вільштеттер, К. Ван-Ніль, Р. Хілл, М. Кальвін, Д. Арнон), дослідженні ендоген­них регуляторів росту (М. Г. Холодний, Ф. Вент, Ф. Кегль, Й. Куросава, Т. Ябута, Ф. Скуг), вив­ченні механізмів стійкості рослин (М.О. Максимов), мінерального живлення (Д.А. Сабінін).

В 1934 p. було створено Інститут фізіології рослин AH СРСР, який координував всі дослідження в даній галузі науки і в якому плідно працювали А.Л. Курсанов, А.А. Ничипорович, М.Х. Чайлахян, П.А. Генкель, I.I. Туманов та інші.

Однак починаючи з 30-х і до 50-х років XX ст. настав, як підкреслює А.Л. Курсанов (1982), важкий час для розвитку фізіології рослин, насамперед через відділення від неї біохімії. Роз­виток фізіології рослин в цей період було направлено не стільки на вирішення її власних фун­даментальних проблем, скільки на дослідження прикладної фізіології.

Наступником і продовжувачем славних традицій на переломному етапі, коли в середині 50-х років фізіологія рослин в усьому світі піднялась на новий рівень, став академік А.Л. Кур­санов, який по суті дав нову орієнтацію розвитку фізіології рослин, створивши відому курсанівську школу (А.Т. Мокроносов, О.М. Кулаєва, Р.Г. Бутенко, В.Ю. Семененко, Д.Б. Вахмістров, Б.Б. Вартапетян, Ю.Г. Молотковський, А.Т. Верещагін, І.А. Тарчевський, Р.К. Саляєв, Г.О. Санадзе, В.В. Польовий) та ін.

З'явились нові вектори наукових пошуків: кисневий обмін і транспортування кисню (Б.Б. Вартапетян), цитокініни і роль їх у регуляції метаболізму (О.М. Кулаєва), донорно-акцепторні системи рослин (А.Т. Мокроносов), організація рослинних мембран (Ю.Г. Молотковський, Р.К. Саляєв); іонний гомеостаз рослинної клітини (Д.Б. Вахмістров), метаболізм рослинних ліпідів (А.Т. Верещагін).

Інтенсивно досліджуються механізми регуляторної дії фітогормонів, включаючи рецепцію їх та передачу гормональних сигналів на генетичний апарат клітини (О.М. Кулаєва, В.В. Польо­вий), метаболізм фітогормонів і регуляцію росту (B.I. Кефелі), розпочались дослідження іму­нохімії рослин (О.Д. Володарський).

В цей час значно виріс інтерес до проблем екологічної фізіології. Класичні концепції стійкості, розроблені М.О. Максимовим, I.I. Тумановим, П.О. Генкелем, Б.П. Строгановим, значно поглиблені за допомогою нових підходів і теоретичних концепцій, основаних на сучас­ному розумінні молекулярної біології рослин та субклітинної організації адаптивних систем (В.М. Жолкевич, T.I. Трунова).

На зміну періоду деякої самоізоляції фізіології рослин настав період модернізації та інтег­рації її з іншими науками, час впровадження в фізіологічний експеримент високочутливих ме­тодів біофізики, молекулярної та клітинної біології, який продовжується і тепер. Змінилась са­ма техніка фізіологічних експериментів, проводяться фундаментальні дослідження, на основі яких народжуються принципово нові біотехнології рослин. Настав новий етап розвитку фізіоло­гії рослин, який характеризується процесом асиміляції та інтеграції даною наукою досягнень інших експериментальних біологічних наук.

3. Короткий історичний нарис розвитку фізіології рослин в україні

Одним з основоположників фізіології рослин в Україні є учень засновника даної науки в Ро­сії А.С. Фамінцина, професор Київського університету Й.В. Баранецький (1843-1905 pp.). Його основні наукові праці присвячені вивченню проблем росту, водного режиму, анатомії рослин. Вагомий внесок в розвиток прикладної фізіології рослин в Україні вніс Є.П. Вотчал (1864-1937 pp.), який з 1890 p. очолив кафедру фізіології рослин та мікробіології Київського політехнічного інституту, куди він запросив відомих вчених С.Г. Навашина, В.В. Фінна, Г.А. Левітського.

Є.П. Вотчал створив відому школу фізіологів, представники якої сприяли розвиткові різних галузей фізіології рослин (В.Р. Заленський, В.В. Колкунов, І.М. Толмачов, А.С. Оканенко). В.Р. Заленський (1875-1923 pp.) — один з основоположників екологічної фізіології рослин. Він відкрив залежність анатомічної будови листків від місця розташування їх на стеблі, яка пізніше дістала назву закону Заленського.

Фотосинтез і хлорофіл, явище фотоперіодизму, закономірності біосинтезу вторинних ме­таболітів, адаптація організмів до умов довкілля, оригінальні уявлення відносно процесів рос­ту та розвитку рослин— далеко не повний перелік проблем, у вирішенні яких брав участь В.М. Любименко (1873-1937 pp.), один з найбільш видатних ботаніків-фізіологів, який організу­вав фітофізіологічні лабораторії в Харкові, Києві, Криму.

Світове визнання українській фізіології рослин принесли роботи М.Г. Холодного (1882-1953 pp.) з фітогормонології. В цілому фундаментальні і теоретичні уявлення проблеми росту й розвитку рослин пов'язані з його іменем. Він вніс вагомий вклад у фізіологію, анатомію, екологію рослин та ґрунтову мікробіологію. М.Г. Холодному належить розробка філо­софських проблем природознавства, його правомірно вважають продовжувачем ідей Ч. Дарвіна та К.А. Тімірязєва.

У становленні цієї науки велика заслуга належить B.I. Паладіну (1859-1922 pp.), який пра­цював професором фізіології та анатомії рослин Харківського університету з 1889 р. був ди­ректором Нікітського ботанічного саду, читав лекції в Таврійському університеті (Сімферополь). Основні наукові праці його присвячені вивченню процесів дихання рослин та участі в них фер­ментів. Становленню фізіології рослин в Україні сприяли також роботи українського вченого-фітофізіолога Н.Т. Гаморака (1892-1937 pp.), про наукову спадщину якого стає відомо лише тепер. Працюючи в Кам'янець-Подільському державному українському університеті, який став другим після заснованого восени 1918 p. Українського народного університету в Києві, де ви­кладання проводилось українською мовою, Н.Т. Гаморак провів оригінальні дослідження про­дихового апарату й транспірації рослин, запропонував ряд нових приладів та методів для фізіологічних досліджень. Він викладав не тільки фізіологію рослин, а й інші ботанічні дис­ципліни. Ще в 1920 p. він видав два підручники з анатомії та морфології рослин, які були вза­галі першими українськими підручниками у цій галузі (Д.М. Доброчаєва та ін.,1993).

Та колискою фізіології рослин в Україні фактично став Інститут ботаніки, де успішно пра­цювали корифеї нашої науки М.Г. Холодний, Є.П. Вотчал, В.М. Любименко. Саме на його базі виростали нові наукові заклади, формувались відомі школи фітофізіологів У 30-ті роки значний вклад в розвиток фізіології рослин внесли О.О. Табенцький, І.М. Толмачов, А.С. Оканенко, Ф.Ф. Мацков, М.Г. Молотковський, В.К. Залеський, Ф.М. Породко та ін.

В ці ж роки розпочато дослідження фізіологічно-біохімічної ролі мікродобрив, які пізніше послужили теоретичною основою для створення нових видів добрив з добавками мікроеле­ментів (П.А. Власюк). В 1946 p. на базі відділу фізіології живлення та агрохімії Інституту ботаніки було створено Інститут фізіології рослин тa агрохімії АН України під керівництвом O.I. Душечкіна (1874-1956 pp.), який став координатором всіх науково-дослідних робіт в за­кладах республіки. Із робіт Інституту фізіології рослин насамперед слід відзначити досліджен­ня А.С. Оканенка — послідовника наукових традицій та досягнень Є.П. Вотчала, який разом з Л.К. Островською розробив теоретичні основи підвищення фотосинтетичної продуктивності та цукристості цукрового буряка. Тут було продовжено еколого-фізіологічні дослідження фотосин­тезу (А.С. Оканенко, Б.І. Гуляєв) та розгорнуто дослідження біохімічних та біофізичних аспектів фотосинтетичного процесу (С.М. Кочубей) під керівництвом Л.К. Островської.

Серед робіт, присвячених проблемі фотосинтезу, слід назвати дослідження C.I. Лебедєва та його учнів, зокрема О.Г. Судьїної (роль каротиноїдів у процесах фотосинтезу, еволюція пігментної системи різних таксономічних груп водоростей).

Великі заслуги українських вчених у вивченні теорії розвитку рослин (В.М. Любименко, Ф.Ф. Мацков, А.О. Сапєгін, Я.С. Модилевський, Д.О. Долгушин, Ф.Г. Кириченко, В.М. Ремес­ло), вчення про онтогенез (В Я Юр'єв, М.М. Кулешов, B.I. Бабенко та ін.).

Взагалі для українських фізіологів традиційною стала розробка проблем росту та розвит­ку рослин (С.О. Гребінський, Т.Т. Демиденко, Ф.Л. Калінін, Г.Х. Молотковський, Г.І. Семенен-ко, І.П. Білокінь, К.М. Ситник, Л.І. Мусатенко, О.Т. Демків).

В 50-і роки в Україні було створено лабораторію з культури рослинних тканин, де прове­дено дослідження первинних реакцій клітинного росту та диференціації, а зараз продовжується пошук і вивчення нових фітогормонів та біологічно активних речовин, систем регуляції фізіоло­гічних процесів, в тому числі внутрішньоклітинних (Ф.Л. Калінін, В.В. Сарнацька, В.К. Яворська, В.М. Троян).

Проведено фундаментальні дослідження фізіології окремих органів рослин, зокрема фізіо­логії кореня та листка (К.М. Ситник, Л.І. Мусатенко, Т.Л. Богданова). Інтегративний підхід до характеристики росту і метаболізму окремих органів рослин, властивий дослідженням цих ав­торів, привів до висновку, що специфічність обміну речовин на різних етапах ростового проце­су проявляється в зміні динаміки цілого ряду метаболітів, зокрема нуклеїнових кислот, білків, фітогормонів.

Продовжується вивчення особливостей морфології, структурної організації й обміну речо­вин зародкових органів при дозріванні та проростанні насіння, молекулярних механізмів рос­ту, його трансмембранних аспектів, іонного гомеостазу та фітогормонального статусу в яви­щах росту і розвитку рослин.

Загальнонаукове значення мають проведені в Україні фундаментальні дослідження з фізіології цукрового буряка (O.I. Душечкін, А.С. Оканенко, І.М. Толмачов, І.Ф. Бузанов), вино­граду (I.I. Бубряк, С.Я. Мінінберг, М.К. Мананков).

Загальнобіологічні проблеми росту і розвитку, теоретичні питання онтогенезу досліджува­ли Б.М. Любименко, А.О. Сапєгін, Я.С. Модилевський, Д.О. Долгушин, М.М. Кулешов, В.Я. Юр'єв, Г.Х. Молотковський, Ф.Ф. Мацков, І.П. Білокінь, П.І. Гупало, В.В. Сарнацька, В.П. Лобов та інші. В 1972 p. було розпочато роботи з генної інженерії рослин (К.М. Ситник, Ю.Ю. Глеба), завдяки чому пізніше було створено Інститут клітинної біології та генетичної інже­нерії НАН України. Шляхом злиття протопластів з наступною регенерацією рослин тут було одержано нові гібридні рослини, створено клітинні лінії та рослини, стійкі до гербіцидів, стресових факторів. Ці роботи є базою подальших розробок з генетичного конструювання рослин і сприятимуть вирішенню багатьох проблем загальнобіологічного значення.

Загальне визнання в світовій науці мають праці академіка А.М. Гродзинського — основопо­ложника сучасної алелопатії. Він створив нову схему алелопатії як кругообігу фізіологічно-ак­тивних речовин у біогеоценозі, що відіграє роль регулятора внутрішніх та зовнішніх взаємо­зв'язків і є причиною рівноваги, стійкості та зміни рослинних угруповань. Академік А.М. Гродзинський вперше алелопатію розглянув як самостійну біологічну проблему, розробка якої над­звичайно важлива для фізіології та біохімії рослин, геоботаніки, рослинництва, агротехніки ба­гатьох культур. Ним досліджена роль алелопатичної взаємодії рослин в природних та штучних ценозах на фоні інших форм взаємодії, роль в алелопатії вищих рослин, грибів, бактерій, пе­ретворення колінів, розроблені методи регулювання польової токсичності. Цей напрямок успішно розвивають вчені Центрального ботанічного саду НАН України.

Та коло наукових інтересів А.М. Гродзинського не обмежувалось створенням наукової шко­ли з алелопатії. Ним започатковано ряд нових наукових напрямків по використанню рослин в ергономічних системах— фітодизайні, медицині, космічній біології. Він активно займався тео­ретичними і методичними питаннями інтродукції та акліматизації рослин, був одним з головних координаторів розвитку фізіології та біохімії рослин в Україні.

В 60-і роки розпочато дослідження взаємовідносин рослин і мікроорганізмів (С.Ф. Негруцький) та проблеми симбіотичної азотфіксації (А.В. Манорик, Ю.П. Старченков).

Розкриттю природи фізіологічної стійкості рослин присвятили свої фундаментальні дослідження Д.П. Проценко, М.О. Соловйова, О.І. Колоша, І.Г. Шматько, А.В. Капля, Р.Ф. Процко, В.П. Тарабрін. У кінці XX ст. зростає інтерес до проблем фізіології стійкості. Стало можли­вим значно поглибити наші пізнання з допомогою нових підходів та теоретичних концепцій, що базуються на сучасному розумінні молекулярної біології рослин, субклітинної організації адап­тивних систем (М.М. Мусієнко, 1985; В.А. Сидоров, 1990; Б.О. Левенко, 1992).

В 1962 p. створюється відділ біофізики та радіобіології ІФР АН України (Д.М. Гродзинський), де вивчаються радіобіологічні реакції рослинних організмів, механізми захисної дії радіопротекторів (І.М. Гудков, О.Д. Коломієць, А.А. Булах, О.П. Голікова). Академік Д.М. Гродзинський розробив теорію надійності рослинних систем, вперше, на різних рівнях організації — від молекулярного до рівня організму та фітоценотичного, проаналізував загальні та спе­цифічні реакції рослин на іонізуючу радіацію. Він започаткував в Україні дослідження з пробле­ми позиційної інформації і клітинної взаємодії в морфогенезі рослин.

За участю українських вчених в середині 70-х років підготовлено та проведено серію фітобіологічних експериментів, проведених на штучних супутниках Землі, космічних кораблях, орбітальних станціях, а також при виконанні деяких міжнародних космічних біологічних про­грам (Є.Л. Кордюм га ін.). Вперше в космічній біології було проведено дослідження ультраст­руктури рослинної клітини, доведено інформативність та надійність даного показника для оцінювання впливу факторів космічного польоту на функціонування живих систем, встановле­но ефект зміни структурно-функціональної організації клітин в таких умовах.

Вагомий внесок у розвиток фізіології водоростей, вищих водних рослин внесли вчені Інституту гідробіології НАН України.

Завдяки багаторічним дослідженням еколого-фізіологічних особливостей формування фітопланктону Дніпра, Дністра, Дунаю та їх водосховищ Л.Я. Сіренко із співробітниками проана­лізувала закономірності формування альгоценозів під впливом різних впливів евтрофікації, ацидифікації, забруднення і токсифікації. Виділено загальні екологічні та фізіолого-біохімічні реак­ції, що зумовлюють адаптацію і виживання водоростей в екстремальних умовах. В Україні з 60-х років основні альгофізіологічні дослідження проводилися в кількох напрямках: екстенсивне та інтенсивне культивування водоростей у зв'язку з особливостями їх розвитку в альгологічно чис­тих культурах, вивчення закономірностей органічного та мінерального живлення їх, пігментних систем та фотосинтетичної активності як в штучних, так і в природних умовах, хімічний склад водоростей та екзоклітинні метаболіти залежно від умов середовища, використання біомаси водоростей і функціональної активності їх клітин з різною метою. Доведено, що водорості пер­спективні для одержання кормових, харчових та енергетичних ресурсів, біологічно активних спо­лук і технічної сировини, а також як основної ланки для очищення стічних вод.

На сучасному етапі в розробці проблем фізіології та біохімії рослин бере участь понад 50 науково-дослідних закладів і вузів України. Серед них Інститут фізіології рослин і генетики, Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного, Національний ботанічний сад НАН України та інші бо­танічні сади, Інститут гідробіології, Інститут клітинної біології; кафедри фізіології рослин та бо­таніки університетів, сільськогосподарських та педагогічних інститутів, а також цілий ряд ла­бораторій галузевих науково-дослідних закладів Української Академії Аграрних Наук.

Неповний огляд розвитку фізіологічних досліджень в Україні свідчить про славні традиції, значний науковий потенціал, який дозволить зберегти їх і в перспективі. Університети України повинні забезпечити добру теоретичну і методичну підготовку кадрів для забезпечення надійного майбутнього фізіології рослин.

Експериментальні та оглядові статті з різних проблем фізіології рослин публікуються у та­ких вітчизняних журналах як "Физиология й биохимия культурных растений", "Український ботанічний журнал", "Доповіді НАН України", "Вісник Аграрної науки", а також періодичних ви­даннях вищих навчальних закладів та галузевих науково-дослідгих інститутів. Серед зарубіжних видань — російський журнал "Физиология растений", журнали Американської асоціації фізіологів рослин Plant Physiology, Annual Rewiev of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, журнали ана­логічних асоціацій Європи, Японії, Австралії— "Plant Physiology and Biochemistry", "Planta", "Plant Science", "Physiologia Plantarum", "Journal of Plant Physiology", "Plant and Cell Physiology", "Australian Journal of Plant Physiology", а також "Nature", "Science" та ін. Реферативну інформа­цію можна одержати з таких видань, як Current Contents (Life Sciences), Current Contents (Agri­culture, Biologyand Enviromental Sciences) та інших джерел.

Дата добавления: 2014-01-04