576

2

УДК 581.1

Дегтярева, С. И. Физиология растений [Текст] : методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 022000 – Экология и природопользование / С. И. Дегтярева ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2014. – 20 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 3 от 14 ноября 2014 г.)

Рецензент канд. биол. наук, доц. кафедры ботаники, защиты растений, биохимии и микробиологии ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ Е.М. Олейникова

3

Оглавление

Введение …………………………………………………………………..…………4

Раздел 1. Физиология и биохимия растений. Растительная клетка.…….…....6 Раздел 2. Водный режим растений…………………………………………….7

Раздел 3. Фотосинтез……………………………………………………...…….9

Раздел 4. Дыхание растений……………………………………………...…...10

Раздел 5. Основы микробиологии……….………………………………..…..11 Раздел 6. Минеральное питание растений……….…………………..………12

Раздел 7. Рост и развитие растений………….………………………..……...12 Раздел 8. Устойчивость растений к неблагоприятным внешним воздействиям…………………………………………………………………...13

Перечень вопросов для подготовки и сдачи экзамена по физиологии растений……………………………………………………………………………..14 Библиографический список………………………………………………………..19

4

Введение

Дисциплина физиология растений изучает процессы жизнедеятельности и функции растительного организма на всем протяжении его онтогенеза, при всех возможных условиях внешней среды; организацию, управление и интеграцию функциональных систем растительного организма.

Основная цель при изучении данного курса состоит в том, чтобы обеспечить студентов теоретическими знаниями, практическими навыками и умениями разбираться в важнейших вопросах сущности физиологических процессов, а также закономерностей роста и развития растений и формирования древостоев и высокого урожая.

Основными задачами дисциплины являются: изучить важнейшие процессы жизнедеятельности растений во взаимной связи друг с другом, а также в зависимости от генетических свойств растений и условий внешней среды; умение вскрывать присущие физиологическим процессам растений противоречия; конкретизировать физиологические явления в различных видах; расширять и углублять возможность активного вмешательства человека в физиологические процессы растений, что в дальнейшем позволит овладеть этими процессами.

Исследования физиологических процессов, происходящих в растениях, невозможно без знания анатомии, морфологии растений, а также физики и химии, на которые опирается и выводами и законами которых пользуется физиология растений.

Требования к дисциплине в виде ожидаемых компетенций

Дисциплина «Физиология растений» ставит перед студентами задачи получить и расширить свои знания о различных физиологических процессах: водообмен, фотосинтез, корневое питание растений, дыхание, рост, устойчивость

кнеблагоприятным факторам.

Входе изучения настоящего курса студент слушает лекции, проводит лабораторные работы.

Особое место отводится самостоятельной работе, которая включает освоение таких разделов программы, как «Физиология растительной клетки», «Водный режим», «Фотосинтез», «Дыхание», «Минеральное питание» «Рост и развитие», «Физиология устойчивости растений», а также подготовку рефератов на основе изучения основной и дополнительной литературы по предмету.

5

Техническое и программное обеспечение дисциплины включает мультимедийную технику для наглядного представления материала, специфическое лабораторное оснащение учебного процесса.

Курс «Физиология растений» для студентов завершается экзаменом. Обязательным условием допуска студента к экзамену является выполнение отчетов о проведенных лабораторных работах.

Задача преподавателя – показать, что физиология растений как учебная дисциплина является основополагающей для изучения других биологических дисциплин.

В результате изучения дисциплины студент должен:

-знать современные представления о физиологических процессах в растениях, механизмах их регуляции и интеграции, экологических аспектах жизнедеятельности растений.

-уметь определять состояние растительного организма по внешним признакам и по результатам физиологических анализов растений; определять важнейшие физиологические показатели отдельных клеток, тканей, органов и целых растительных организмов.

-иметь представление о методологии физиологии растений как науки, исследующей разные уровни структурно-функциональных систем.

В процессе изучения данной дисциплины выпускники должны освоить выше обозначенные знания и умения, способствующие приобретению следующих ключевых профессиональных компетенций в области физиологии расте-

ний:

-выработать и демонстрировать навыки работы с лабораторным оборудованием и реактивами;

-обладать умением четко обозначить цели и задачи исследования, а также практическую значимость работы;

-умело применять соответствующие научные методики при изучении различных физиологических процессов;

-уметь грамотно провести научный эксперимент;

-знать современные представления о существующих физиологических процессах.

6

Раздел 1. Физиология и биохимия растений. Растительная клетка

Физиология – наука о жизнедеятельности и функциях растительного организма. Объектом изучения служит разнообразный мир растений. Предметом физиологии являются функции растений, функциональные системы, обеспечивающие реализацию генетической программы роста и развития. Задача - раскрыть сущность процессов в растении, установить их взаимосвязь.

Биохимия изучает химический состав растений, превращение веществ и энергии в клетке. История развития науки. Методы исследований. Углеводы. Состав и химическое строение углеводов. Классификация. Химический состав, строение и классификация липидов. Их содержание и роль в растениях. Строение и классификация аминокислот. Белки, их состав, структура и функции.

Ферменты, их биологическая роль, химическая природа. Влияние внешних и внутренних факторов на эффективность ферментов. Механизм действия, активность, специфичность, классификация. Локализация ферментов в растении. Мультиферментные комплексы. Активаторы и ингибиторы ферментов. Нуклеотиды. АТФ. Нуклеиновые кислоты (РНК, ДНК). Структура и функции ДНК, м-РНК, и-РНК, р-РНК. Биосинтез белка.

Витамины - биологически активные вещества. Водо- и жирорастворимые витамины. Авитаминозы. Витамины как простетические группы и коферменты. Вторичные вещества. Фенолы, алкалоиды, гликозиды, эфирные масла, терпеноиды, антибиотики.

Клетка как структурная и функциональная единица живой материи. Характеристика физиологических функций и процессов в клетке. Химический и биохимический состав клетки. Химический состав, свойства и роль цитоплазмы клетки. Клеточная оболочка, химический состав, отличия между первичной и вторичной оболочками. Видоизменения вторичной оболочки. Биологические мембраны клетки, их строение и функции.

Общие представления об осмосе и осмотическом давлении. Законы осмоса. Зависимость осмотического давления клеточного сока от внешних условий. Тургорное давление и сосущая сила, их природа и взаимосвязь. Плазмолиз и деплазмолиз. Методы определения осмотического давления и сосущей силы.

8

Этапы передвижения и распределение воды по растению. Биологическая роль воды. Механизм поглощения воды корнями растений. Формы воды. Состояние и доступность для растений воды в почве.

Клетка как осмотическая система: осмотическое давление, сосущая сила, тургорное давление. Понятие плазмолиза и циторриза.

Осмометр Г.Дютроше. Методы определения осмотического давления (плазмолитический, криоскопический). Методы определения сосущей силы (Уршпрунга, Н.А. Максимова и Н.С. Петинова, В.С. Шардакова).

Типы растворов. Поглощение воды корнями (метаболическая, осмотическая и теория разряжения). Двигатели и пути водного потока.

Транспирация, роль внешних и внутренних факторов в транспирации растений. Биологическое транспирации. Суточный ход транспирации. Виды и показатели транспирации. Транспирация устьичная и кутикулярная. Физиология устьичных движений. Гуттация, биологическое значение. Регулирование водного режима растений. Группы растений по интенсивности транспирации.

Вопросы к контрольной работе по разделу «Водный режим растений»

1. Водный режим растений (основные явления и процессы, их значимость). Формы воды в почве. Вода как экологический фактор. Биологическая роль воды.

2 . Растительная клетка как модель осмотической системы. Осмометр Г.Дютроше. Типы растворов: гипер-, изо-, гипотонические растворы.

3.Явления: осмоса, плазмолиза, деплазмолиза. Значение осмотических явлений в жизнедеятельности растений. Циторриз.

4.Осмотическое давление, сосущая сила, тургорное давление. Связь осмотических сил.

5.Методы определения осмотического давления (плазмолитический, криоскопический).

6.Методы определения сосущей силы (метод Уршпрунга, Н.А. Максимова и Н.С.Петинова, метод струек В.С. Шардакова).

7.Механизм поглощения воды. Передвижение воды по растению.

8.Основные двигатели водного тока (верхний и нижний концевой двига-

тель).

9

9.Осмотическая теория. Метаболическая теория, теория разрежения (теория Либберта). Корневое давление.

10.Транспирация, ее виды. Единицы транспирации. Группы растений по интенсивности транспирации. Гуттация.

12.Влияние условий (внешних и внутренних факторов) на процесс транспирации.

13.Сушка древесины.

14.Группы растений по интенсивности транспирации.

15.Методы определения осмотического давления.

Раздел 3. Фотосинтез

История вопроса. Планетарная роль фотосинтеза. Сущность и значение фотосинтеза. Лист как орган фотосинтеза. Строение и состав хлоропластов. Классификация пигментов зелёного растения. Структура, функции и свойства пигментов, их химическая природа и оптические свойства.

Световая фаза фотосинтеза. Циклическое и нециклическое фосфорилирование. Метаболизм углерода при фотосинтезе. Цикл Кальвина. Цикл Хетча и Слека. Химизм фотосинтеза: С3- и С4- , САМпути фотосинтеза. Фотодыхание. Зависимость фотосинтеза от различных факторов. Интенсивность и продуктивность фотосинтеза.

Механизм фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза. Фотосинтетическое фосфорилирование и его роль в фотосинтезе, вторичном метаболизме и устойчивости растений.

Влияние внешних и внутренних факторов на интенсивность фотосинтеза. Фотосинтез и урожай. Фотосинтетическая продуктивность лесного насаждения.

Вопросы к контрольной работе по разделу «Фотосинтез»

1.Фотосинтез: современные представления о механизме процесса, основные фазы и их характерные особенности. Космическая роль процесса.

2.Хлоропласты: строение (ультраструктура хлоропластов); функции, Химические и оптические свойства хлорофилла. Группы хлорофилла.

3.Энергетические состояния хлорофилла и пути использования энергии электронного возбуждения (флюоресценция, фосфоресценция).

10

4.Пигменты каротиноидов: виды, функции, химическое строение, химические и оптические свойства.

5.Световые реакции фотосинтеза: структурная организация фазы, фотосистемы I и II. Циклическое и нециклическое фосфорилирование (или нециклический и циклический транспорт электронов).

6.Темновые реакции фотосинтеза: С3-путь фиксации и ассимиляции СО2 (Цикл Кальвина)

7.Темновые реакции фотосинтеза: С4-путь фиксации и ассимиляции СО2 (Цикл Хэтча-Слэка).

8.Темновые реакции фотосинтеза: САМ-метаболизм.

9.Влияние внутренних и внешних факторов на фотосинтез.

10.Фотосинтез и урожай.

Раздел 4. Дыхание растений

Физиологическая сущность и значение дыхания. Значение дыхания в жизни растений. Взаимосвязь дыхания и брожения. Связь дыхания с другими физиологическими процессами.

Митохондрии, их строение, состав, функции. Ферменты дыхания. Гликолиз - анаэробная фаза дыхания. Аэробная фаза дыхания – цикл Кребса (он же цикл лимонной кислоты; он же цикл ди- и трикарбоновых кислот). Глиоксилатный цикл и пентозофосфатный пути дыхания. Прямое окисление и брожение. Окислительное фосфорилирование и ЭТЦ митохондрий. Интенсивность дыхания и его зависимость от различных факторов.

Электронно-транспортная цепь дыхания. Химизм и энергетика дыхания и брожения. Окислительное фосфорелирование, теория Миттчела. Регуляция дыхания растений. Зависимость дыхания от внешних и внутренних условий.

Вопросы к контрольной работе по разделу «Дыхание»

1.Общая характеристика и этапы дыхания, дыхательный коэффициент, ферменты дыхания.

2.Общие сведения о процессах дыхания и брожения в растениях.

3.Гликолиз. Субстратное фосфорилирование.

4.Цикл Кребса (цикл лимонной кислоты или цикл ди- и трикарбоновых кислот).