Методологические основы фитофизиологии.

Сочетание различных уровней исследования (субклеточный, клеточный, организменный, биоценотический) как необходимое условие прогресса физиологии растений. Специфические методы фитофизиологии как науки.

Физиология растений, как и вся биология, — наука фундаментальная. Она стремится проникнуть в сущность природного явления, процесса, рас-крыть его механизм. Это отличает ее от прикладных наук, основным содер-жанием которых является решение сугубо утилитарных практических задач. Отсюда вполне понятными становятся слова крупного русского агрохимика А. И. Стебута: «сначала физиология, потом канавы, запруды, машины...»

Существует тесная связь между структурой различных органелл клетки и структурой растения вообще и их физиологическими функциями. Физиологобиохимическая эволюция живых организмов на Земле предшествовала структурной.

Одна единственная мутация, приведшая к появлению нового белка-фермента, могла дать в результате совершенно новые структуры. В связи с бурным развитием молекулярной биологии различия между строением клеточных структур и их функциями все более и более стираются, все труднее становится провести грань между ними. Ярким примером этому служит изучение биологических мембран.

Основным средством познания физиологических процессов является эксперимент, опыт, т.е. физиология растений — наука экспериментальная. Различают лабораторные, вегетационные и полевые опыты. Лабораторные опыты проводятся с семенами, проростками, изолированными органами, тканями, клетками, органеллами.

Вегетационные опыты проводят с растениями, которые выращивают в вегетационных домиках, теплицах или фитотронах (камерах искусственного климата), в сосудах, заполненных почвой или искусственной питательной смесью. Непосредственно в поле, в лесу ставятся полевые опыты. Если задача первых заключается в познании механизмов процессов и их отклонений в зависимости от заданных параметров внешней среды, то вторых и третьих — проверка действия тех или иных практических мероприятий на ход и интенсивность жизненных процессов растений и их продуктивность.

Изучение влияния факторов внешней среды на ход и направленность, а нередко и механизм физиологических процессов, является предметом особой ветви физиологии растений — экологической физиологии, особенно важной для агронома и лесовода.

Из частных методов, получивших широкое распространение в физиологии и биохимии растений, следует назвать газожидкостную распределительную хроматографию, метод меченых атомов, культуру тканей и органов, электронномикроскопический, электромагнитного резонанса, электрофоретический и некоторые другие.

В связи с возросшим интересом человека к мировоззренческим вопросам научного познания в физиологии растений, равно как и в других науках, все шире стали использоваться наряду с частными методами и более общие приемы научного познания — методологические подходы. Они непосредственно не связаны с какой-либо конкретной наукой.

К методологическим подходам относят исторический, системно-структурный, целевой, взаимодействие наук и их методов в познании, принцип симметрии.

— Исторический подход (метод) диктует необходимость знать историю развития (филогенез) вида или сорта растения, условия, в которых формировался тот или иной вид растения, его биохимическую эволюцию, т.е. учитывать фактор времени. Без учета особенностей развития вида иногда трудно оценить или объяснить результаты научного опыта с растениями.

— При использовании системно-структурного подхода объект рассматривается как система, т.е. комплекс взаимодействующих компонентов или процессов. Специфика той или иной системы не исчерпывается лишь особенностями составляющих ее элементов, а связана, прежде всего, с характером взаимоотношений между ними.

Биологические системы делятся на два больших класса. Системы первого класса состоят из функционально разнородных элементов и характеризуются целостностью специализированных взаимодополняемых немногочисленных элементов (клетка с органеллами, растительный организм, состоящий из отдельных органов). Второй класс представлен системами, состоящими из многих функционально однородных взаимозаменяемых элементов (ткани из отдельных клеток, популяции из организмов одного вида и т. д.).

В зависимости от глубины и уровня исследования системно-структурный подход включает следующие аспекты: содержательный, логический и энергетический (термодинамический).

— Содержательный аспект используется при обычном экспериментальном изучении растения, его жизненных отправлений с получением конкретных научных материалов. Так как все части растения не только связаны между собой, но и взаимодействуют, то при изучении жизни листа важно знать и физиологические процессы, протекающие, например, в корневых системах.

— Логический (математический, кибернетический) аспект используется обычно тогда, когда исследование самого объекта затруднено или вообще невозможно или требует слишком много времени и средств. Ярким примером использования данного аспекта системно-структурного подхода является широкое использование электронновычислительных машин (ЭВМ), с помощью которых исследователь перебирает многие варианты для достижения, например, оптимальных условий выращивания растений в теплицах.

— Применение энергетического аспекта связано со знанием законов термодинамики и влияния движения тепла на свойства системы, обычно саморегулируемой. С помощью этого приема можно описать движение воды в растении или в более сложной системе почва — растение — атмосфера.

Системно-структурный подход имеет большое значение в научном познании, ибо дает возможность рассматривать объект как специфическую систему взаимодействующих элементов, позволяет глубже выявить особенности структуры и функции рассматриваемой системы, помогает находить новые пути и направления научных исследований.

— В тех случаях, когда конечный результат того или иного процесса нельзя установить опытным путем, используют целевой подход. В данном случае процесс или явление рассматривается в виде тенденции развития, гипотетически. При этом неважно, может ли какое-либо явление или процесс быть целесообразным в непосредственном смысле слова или нет. Исследование ведется таким образом, как будто результат процесса имеется в действительности в виде своеобразной цели. Цель выступает здесь как нечто условное. Исследователь улавливает тенденцию развития процесса, структуры, явления и с учетом этого строит свои научные программы.

Целевой подход — это основной прием гипотетического предвосхищения, описания процесса и явления, подлежащего последующему анализу, изучению. Он очень полезен при постановке новых проблем, разработке новых научных направлений и программ, варьировании экспериментов.

— Живой растительный организм — это очень сложная биологическая саморегулирующаяся система. Чем сложнее система, тем более глубокими и всесторонними становятся ее связи с другими объектами или системами, тем сложнее формы ее существования. Поэтому необходимо проводить комплексные физиологические и биохимические исследования с участием представителей смежных дисциплин, т.е. использовать взаимодействие наук и их методы в познании одного и того же объекта. Отсюда возникло крылатое выражение «работать на стыках наук». В наше время именно на стыке наук рождаются научные открытия, утверждается принцип многокачественности и полиструктурности изучаемого объекта или системы.

Ярким примером этому являются комплексные исследования растительных сообществ, начало которым положил академик В.Н. Сукачев (биогеоценология).

— Использование принципа симметрии основано на том, что в природе обычно наблюдается пропорциональное расположение частей целого в пространстве, соответствие одной части объекта другой. Применительно к физиологии и биохимии растений этот принцип незаменим при изучении лево- и правовращающихся оптически активных органических соединений, их свойств и роли в жизни растений, при исследовании ядов и противоядий, стимуляторов и ингибиторов и т. д.