Fiziologija biljaka

Fiziologija biljaka je biološka nauka koja proučava životne procese i funkcije biljnih organizama. Kao samostalna nauka, u suvremenom stmislu ovog pojma, definirana je krajem 18. stoljeća, kada je Francuz Žan Senebije (Jean Senebier) objavio obimna djela iz ove oblasti, istovretneno predlažući nazive Physiologie des plantes, odnosno Physiologie vegetale, (u slobodnotn prijevo du: fiziologija biljaka, odnosno biljna fiziologija) u suvremenom naučnom kmuniciranju te odrednice sve češće sažimaju se u trmin fitofiziologija.^{[1] [2]}

Ogroman značaj poznavanja funkcija biljnog organizma posebno ilustrira činjenica da opstanak cjelokupnog živog svijeta na Zemlji ovisi o organskoj produkciji biljaka i rijetkih autotrofnih mikroorganizama. Jedino one sposobne su da kinetićku energiju Sunca pretvore u potencijalnu energiju organskih spojeva, te je na taj način učine dostupnom za održanje života i ostalih heterotrofnih organizatna – nefotosintetskih biljnih i svih životinjskih vrsta (uključujuci i čovjeka). Zato je sasvim opravdana tvrdnja da su biljke "genijalni inženjeri ptirode" i da ih je u tom smislu neophodno brižljivo čuvati i proučavati. Svijet biljaka obuhvata 95 % ukupne biomae svih živih bića na planeti Zetnlji. One su temelj piramide života, nezamjenljiv izvor hrane i obitavalište mnogih živih bića.

Fiziologija biljaka proučava, u najširem smislu, životne pojave i procese koji se u biljkama odvijaju tokom njihovog života. Njen osnovni zadatak je da otkriva i objašnjava zakonitosti dinamičkih funkcija i sisteme uzročnoposljedičnih procesa koji osiguravaju održanje kontinuiteta energije, rasta i razvića, te stvaranje reprodukcijskih struktura i elemenata za fonniranje novih generacija. U tom cilju fiziologija biljaka oslanja se na cijeli niz osnovnih bioloških nauka, kao što su citologija, biohemija, genetika, anatomija, morfologija, ekologija, evolucija. Među tim naukama, fiziologija je povezana ćitavom mrežom interdisciplinamih i interaktivnih područja, kao što su citofiziologija (fiziologija biljne ćelije), fiziološka anatomija biljaka, ekofiziologija biljaka i dr. U proučavanju najbitnijih detalja organizacije i funkcije životnih procesa na biohemijskotn i submikroskopskom nivou, fiziologija biljaka posebno se koristi dostignućima molekulske biologije, biohemije, biofizike, opće fiziologije, genetike, te primjenljivim otkrićima fizike i hemije na kojima su bazirani metodi elektronske, polarizacijske, ultavioletne, skenirajuće i faznokontrastne mikroskopije.^[3]

U suvrernenim fitofiziološkim istraživanjima značajni su i mnogi drugi fizički, fizičkohemijski i općebiološki metodi različite prirode i namjene. Tako npr., pomocu ultramikrotoma (ultramnikrotomije) prave se (sub)mikroskopski tanki presjeci. U izolaciji i prepoznavanju sastava i aktivnosti odredenih supstanci kombiniraju se specijalni metodi koji počivaju na njihovoj osobenoj pokretljivosti u električnotn polju (elektroforeza) ili rasporedu i broju monomera u složenim makromolekulama (sekvenciranje – odredivanje redoslijeda i broja aminokiselina u bjelančevinama, odnosno nukleotida u nukleinskih kiselinmna i sl.). Kao komplemenracijski ili posebni metodi u takvim istraživanjima često se primjenjuju i standardni postupci određivanja sposobnosti upijanja ili razlaganja određenih dijelova svjetlosnog spektra (spektrofotometrija), optičke gustoće (denzitometrija), ultrazvučni testovi i imunološke analize na razini ćelijskih fizioloških procesa (imunocitohemija) itd.

Posebno buran razvoj ova nauka ostvarila je tokom posljednjih pedesetak godina, kada su njena dostignuća u oblasti kultura biljnih ćelija, tkiva i organa in vitro (u sterilnim laboratotijskim uvjetima) i spoznaje najbitnijih procesa u ishrani biljaka napravila pravu tehnološku revoluciju u proizvodnji hrane, cvjećarstvu, šumarstvu i drugitn oblastima suvretnene biologije i biotehnike. Njen praktični značaj primarn je umjeren u pravcu neposrednog podizanja produktivnosti i poboljšanja kvaliteta kultiviranih vrsta, a moderni fiziološki metodi čine osnov daljeg razvoja genetike i oplemenjivanja biljaka. Osnovni interes ove biološke nauke usmjeren je u pravcima obogaćivanja u teorijskih znanja, na kojima počivaju praktične aktivnosti na unapređenje produktivnosti biljaka.

Upoznavanjem fizioloških i biohetnijskih osobenosti biljaka, čovjek pokušava upravljati biljnom proizvodnjom i ustnjeravati je u željenim pravcima: produkcija ugljikohidrata, masti, ulja, proteina, celuloze, vitamina, alkaloida, kao i cijelog niza ljekovitih supstanci. U cilju usmjeravanja pažnje na posebne problme funkcioniranja biljnog organiztna, fiziologija biljaka tnoze se podijeliti u vise uzih naucnih podrucja. Među njima najčešće se izdvajaju:

1. fiziologija izmjene (prometa) materija i energije,
2. fiziologija razvića,
3. fiziologija pokreta i kretanja.

• Fiziologija izmjene tvari proučava biohemijski sastav biljnog organima, način usvajanja i prometa vode, primanje anorganskih (i organskih) supstanci, fotosintezu i druge obrasce autotrofije, disanje i vrenje, metabolizam tvari, ishranu heterotrofnih biljaka, simbiozu itd.
• Fiziologija razvića istražuje i objašnjava rast ćelija, tkiva i organa, razvoj biljnog organizma, unutrašnje i vanjske činioce tih procesa, starenje i smrt.
• Fiziologija pokreta i kretanja proučava gibanje organa pricvršćenih (za podlogu) pod uticaje vanjskih podražaja i unutrašnjih funkcionalnih stanja jedinke, te slobodne pokrete (lokomociju) cijelih organizama (pod uticajetn spoljnih činitelja).

Biljke su samoregulativni otvoreni sistemi koji se energijom vlastitog metabolizma (općeg prometa materije i energije) suprotstavljaju okolmom prostoru. Sa svojim okruženjem one su životno vezane neprekidnom razmjenom materijei i energije – po principu povratne sprege. Prema općoj definiciji, svaki sistem je kompleks elemenata najrazličitijih interakcija, međusobno povezanih u jedinstvenu i funkcijski zaokruženu samoregulirajuću cjelinu. Sistem u kojem se neprekidno odvija primanje i odavanje materija i energije označen je kao otvoreni sistem. Živi sistemi biljaka skoro nikada ne nalaze se u termodinamičkoj ravnoteži sa okolnim prostorom. To znači da je za održanje vlastitog dinamničkog stanja (biološkog reda) biljkmna neophodan stalan dotok matetija i energije. Smrću biljnog organizma nastupa stanje termodinamičke ravnoteže, u kojoj se on u tom pogledu izjednačava sa svojom neživom okolinom. Živi biljni organizmi nalaze se tako u stalnoj neravnoteži sa okolnim prostorom, pri čemu, na račun slobodne energije svog metabolizma, uređuju stanje vlastitog sistema. Zato je opstanak zivih sistema moguć samo u uvjetima njihove stalne aktivnosti.^[3]

• Biljka kao živi sistem predstavlja integriranu cjelinu cijelog niza podsistetna. Njihova stluktutno-organizacijska i geneticka postojanost održala se u dugom evolucijskom putu baš zahvaljujući procesima samoregulacije i prilagođavanja, odnosno temeljnih svojstava žive supstance – autonomnosti, smnopodešavanju i sposobnosti autoreprodukcije (razmonožavanja). U suštini, uspjeli su se održati smno oni sistemni biljne organizacije koji su po principu "probe i greške", u vječno promjenjivim uvjetima životnog okruženja uspjeli očuvati svoj genetički kontinuitet. Unutrašnji podsistemi smnoregulacije, prilagodljivosti i kontrole, razvijeni su od submkroskopskih struktura, preko ćelijskog, tkivnog i organskog nivoa, do organizacije cjelokupnog organizma, populacije i biljne zajednice.

Stukturna i funkcionalna cjelovitost biljnog organizma i kontrola mehanizama njenog održanja ostvaruju se putetn tzv. "povratne sprege". Sistem povratne sprege obuhvata povratni tok informacija iztneđu biljke i okolnog prostora. Ona se moze ispoljavati kao (1) negativna ili (2) pozitivna. Primjer negativne sprege je pojava nenormalnog porasta nekog od metabolita (produkata metabolizma). Takvi slučajevi poznati su kod enzimskih reakcija gdje količinski odnos početnog supstrata i konačnog produkta "uključuje" ili "isključuje" enzimske reakcije. Istu prirodu regulacije fizioloških procesa susrećemo i u metabolizmu vode. U podnevnitn satima, kada postoje svi preduvjeti za maksimalno odavanje vode (transpiraciju), taj proces zastaje ukoliko u podlozi biljka ne može doći do novih količina vode. Radi lakšeg razumijevanja odnosa povratne sprege u svim sistetnitna, može se slikovito objasniti na primjeru negativne povratne sprege "regulaciji rada" termostata (regulatora stalne tetnperature određenog prostora).^[3]

Za razliku od negativne, pozitivna povratna sprega ne otklanja moguća odstupanja od određenih (normalnih) stanja bioloških sistema, nego ih povećava. Tako su poznate brojne patološke pojave kod biljaka (primjer tumorskih ćelija) u kojima se procesi utnnožavanja i rasta ćelija (kao u tmorskom tkivu, npr.) isključuju iz sistema kontrole i samoregulacije i pozitivno utiču na vlastito bujanje. Postoji cijeli niz primjera nekontroliranog nagomilavanja određenih metabolita u različitim biljnitn tkivima. Povratna sprega cini osnovni put smnoregulacije za brojne fiziološke reakcije unutar živog sistetna biljaka. U tom smislu, biološki sistemi ponašaju se kao kibetnetski. Kibetnetika je nauka koja se bavi sistetemima upravljanja u komunikacijama. Sama riječ kibemetika vodi porijeklo od grčkog termina kibetnetis ( = kormilar). Osnivač ove naučne discipline je Norbert Viner (Norbeti Wiener, 1894-1964). Za razliku od životinjskih, većina biljnih organizama ne kreće se. Međutim, i pored tako statikog –fiksiranog stanja, biljke su sposobne u veoma raznorodnim spoljnjitn uvjetitna održavati stanje homeostaze.

Homeostaza (grč. homeios = isti + stasis = uvjeti, stanje) osobina je živih bića da uvijek teže odžati optitnalno („normalno“) stanje životnih funkcija, bez obzira na promjene uvjeta okolnog prostora. To je osobenost svih živih sistema, koja se ispoljava u njihovoj sposobnosti da održavaju dinamičku unutrašnju ravnotežu, koju podešavaju i obnavljaju djelovanjetn vlastitih regulacijskih mehanizama. Nivo homeostaze različit je za razlićite ekoloske skupine, ali je uvijek izražen određenom razinom metabolizma i razmjenotn materija sa okolinom (održanje pH, električnog potencijala, sadržaja vode ili nekog metabolita itd.). Biljke iz spoljnje sredine pritnaju vodu, meralne materije, C0₂ i dr. da bi u specifičnom i izuzetno složenom procesu fotosinteze gradile organske matetije (i oslobodile kisik). U periodu prvih saznanja o procesu fotosinteze, znali su se samo njeni ulazni i krajnji pokazatelji. Zato je kmnpletan fiziološki ciklus fotosinteze predstavljao svojevrsnu "tamnu kutiju". Takvih nepoznanica ima još u složenim organiztnima biljaka. Ilustrativni primjeri rezultata tretiranja biljaka raznim aktivnitn materijama koje izazivaju ubrzan rast, gdje su poznati odgovarajući podaci u "ulaznim" činiocima (hormon rasta) i krajnji efekt (odrasla biljka). Međutim, načini i mehanizmi djelovanja biljnih hormona još uvijek nisu poznati u mnogitn bitnim pojedinostima.

U održanju funkcije sistema, biljke iskorištavaju suncevu energiju, koja je posljedica nukleamih reakcija tipa fisije ("razbijanja" atoma). Taj proces je neprekidan, što znači da je za održavanje biljnog organizma potreban trajni influks (ulaz energije). Metaboličke reakcije unutar biljnog sistema odvijaju se uz potrošnju energije. Zato nije neargumentirano smatrati da je život, ustvari, kontinuirani metabolizam.

1. ^ Kimler, L. M. (1975). "Betanin, the red beet pigment, as an antifungal agent". Botanical Society of America, Abstracts of papers. 36.
2. ^ Kingsley Rowland Stern; Shelley Jansky (1991). Introductory Plant Biology. WCB/McGraw-Hill. str. 309. ISBN 978-0-697-09948-8.
3. ^ ^{a b c} Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2002). Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo. ISBN 9958-10-222-6.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)