Фото 1. К.А. Тимирязев

XX в. — время наиболее бурного и многостороннего развития физиологии растений. Если в XIX столетии в центре внимания фи­зиологов находились вопросы воздушного и минерального пита­ния, водного обмена и дыхания, то такие проблемы, как физиоло­гия клетки, рост, развитие, раздражимость, устойчивость к небла­гоприятным факторам в то время только зарождались.

Постепенно по мере своего развития некоторые из этих разде­лов накопили такую массу знаний и стали иметь такое большое значение для практики, что обособились от нее и превратились в самостоятельные дисциплины. В 1902 г. от физиологии растений отделилась вирусология, в 1910 г. оформилась в самостоятельную науку агрохимия, в 1930 г. — микробиология и биохимия.

В первой половине XX в. развернулись исследования по эколо­гической и частной физиологии растений. Экологическая физиоло­гия растений изучает влияние внешних абиотических факторов на физиологические процессы, а частная — особенности этих про­цессов у отдельных культур.

Дальнейшее развитие физиологии растений связано с успехами смежных наук. В 30—50-х годах XX в. успешно развивались биохи­мия, цитология, генетика, совершенствовались их методы. Началось проникновение научной информации из этих смежных, более молодых наук в физиологию растений. Например, полученные биохимиками в 40 — 50-х годах данные о ферментных системах ды­хания, фотосинтеза, азотного обмена, о принципах передачи энер­гии открыли перед физиологами новые возможности в исследова­нии этих процессов.

С 50-х годов XX в. физиологи растений наряду со своими клас­сическими методами (полевой и вегетационный, водная культура и т. д.) стали использовать в своих исследованиях методы этих наук. Первый из них — электронная микроскопия. С помощью электрон­ного микроскопа, имеющего значительно большую разрешающую способность, чем световой микроскоп, детальнее изучили строение органелл. Еще один метод — дифференциальное центрифугирование — применили для выделения органелл. Выделенные хлоропласты, митохондрии, рибосомы и другие органеллы затем используют для экспериментов, цель которых — определить химический состав, структуру и функции каждой из них. Этот метод позволил полу­чить много новой информации о клетках. В физиологии стали ис­пользоваться также хроматография, стабильные и радиоактивные изотопы, спектроскопия. В результате вегетационные опыты в об­следовании растений в экспедиционно-полевых условиях уступили место лабораторным работам с применением методов высокого разрешения, т. е. изучающих клетки, органеллы, превращения ве­ществ. С помощью этих методов физиологи начали исследовать процессы, идущие в клетках, на молекулярном уровне.

Успешному изучению физиологических процессов способство­вало также создание фитотронов — станций искусственного кли­мата, где можно выращивать растения в контролируемых и регули­руемых условиях освещенности, температуры и влажности. С по­мощью фитотронов можно избежать случайного влияния метеоро­логических факторов и быстро и точно изучать реакции растений в легко воспроизводимых и контролируемых условиях. Первый фи­тотрон был построен в 1949 г. при Калифорнийском технологиче­ском институте; в 1957 г. фитотрон появился и в Москве в Инсти­туте физиологии растений, в 1963 г. — во Французском националь­ном исследовательском центре в Жиф-сюр-Иветт.

Использование самых современных методов биохимии и био­физики позволило физиологам не ограничиваться только описани­ем внешних проявлений физиологических процессов, их исходных и конечных продуктов, а вскрыть механизмы обмена веществ, ле­жащие в основе фотосинтеза, питания растений, дыхания, транс­порта веществ, роста, размножения и ответных реакций на раздражения. За вторую половину XX в. физиологией растений накоплен огромный материал по физико-химической организации, интегра­ции и регуляции функциональных систем и адаптации раститель­ного организма. В 70-е годы стали расширяться контакты физиоло­гии растений с генетикой и молекулярной биологией, что позволи­ло изучить многие механизмы роста, развития растений, действие на эти процессы веществ регуляторного типа.

Получаемые физико-химическими методами и обобщенные физиологами данные помогают обогащать растениеводство новыми идеями и разрабатывать новые технологии получения высоких уро­жаев.

Использование физико-химических методов привело к сближе­нию во второй половине прошлого века физиологии растений, с одной стороны, и биохимии, биофизики, молекулярной биологии, генетики и микробиологии — с другой. Этот период можно назвать периодом ассимиляции. Он пришел на смену периоду обособления и продолжается до сегодняшнего дня.

Работы ученых по изучению минерального питания, открытие фитогормонов позволило создать метод культуры изолированных клеток и тканей. Метод культуры изолированных клеток и тка­ней — это выращивание изолированных из организма клеток в сте­рильных условиях на искусственной питательной среде in vitro (от лат. vitrum — стекло), т. е. в пробирке. Этот метод помог превраще­нию биотехнологии в новую самостоятельную науку, а физиологи растений получили возможность изучать процессы, идущие в рас­тениях, в культуре клеток.

Физико-химические методы широко используются физиолога­ми и в настоящее время. Однако применение этих методов в фи­зиологии растений связано с рядом трудностей, так как они разру­шают клетки, а физиологический объект должен оставаться живым. Изучая с помощью этих методов элементарные процессы, физио­логи не должны забывать, что главным объектом их исследований по-прежнему остается клетка и организм в целом, а конечная зада­ча исследований — определение значения этих явлений в жизни растения и в его взаимодействии с окружающей средой.

Основоположником российской физиологии растений является Андрей Сергеевич Фаминцын (1835—1918) (фото 2). Отдельные ис­следования по физиологии растений в нашей стране проводили и до него. Так, Н.И. Железнов (1816—1877) изучал рост, развитие и водный режим растений, С.А. Рачинский (1833—1902) выполнил несколько работ, посвященных движениям растений и превращениям химических веществ.