 |
Физиология устойчивости растений
|
|
|
|
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Физиология растений»
Екатеринбург 2019
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Содержание разделов дисциплины
Введение
Место физиологии растений в системе биологических наук. Физиология растений - наука о процессах, протекающих в растительном организме. Физиология растений как экспериментальная наука. Методы физиологии. Задачи физиологии растений. Физиология растений как научная основа земледелия и лесоводства. Роль изучения физиологии растений в подготовке учителя биологии средней школы.
Физиология растительной клетки
Клетка как основная структурная и физиологическая единица растительного организма. Функциональная морфология клетки. Строение и функции оболочки. Химический состав, свойства и роль цитоплазмы в жизни клетки. Вакуоль. Функции клеточного сока. Строение и функции биологических мембран. Компартментализация клетки. Роль ядра в синтезе белка и передачи наследственных свойств. Пластиды клетки. Роль митахондрий в жизни клеток. Функция аппарата Гольджи. Рибосомы. Лизосомы, пероксисомы, глиоксисомы, их физиологическая роль. Типы взаимосвязей компонентов клетки (метаболический, энергетический и информационный). Сравнение растительной и животной клеток.
Особенности метаболизма растительной клетки. Ферментные, мембранные и генные регуляции метаболизма в клетке. Биоэлектрические явления в клетке и их роль в обмене веществ.
Строение и функции мембран. Взаимодействие органелл растительной клетки.
Растительная клетка как осмотическая система. Общее представление об осмосе, осмотическом и водном потенциале. Зависимость осмотического давления клеточного сока от внешних условий.
|
|
|
Тургорное давление, его природа. Плазмолиз и деплазмолиз. Сосущая сила и ее роль в поглощении воды клетками. Соотношение между сосущей силой, осмотическим и тургорным давлениями. Коллоидное набухание.
Водный режим растений
Общая характеристика водообмена растений. Структура и физико-химические свойства воды. Водные растворы. Свободная и связанная вода. Формы воды в почве. Доступная и недоступная вода. Роль воды в жизни растений и биосферы.
Поглощение воды растением. Корневая система как орган добывания воды. Нагнетающая деятельность корневой системы. Зависимость «плача» от метаболизма.
Транспирация – физиологический процесс испарения воды растением. Значение транспирации. Устьичная и кутикулярная транспирация. Особенности испарения через ряд мелких отверстий. Правило краевых молекул. Регуляция транспирации. Устьичные движения. Методы определения транспирации. Относительная транспирация. Транспирационный коэффициент. Влияние на транспирацию внешних условий и внутренних факторов. Суточная динамика транспирации.
Поступление и передвижение воды в растении. Теория когезии и натяжения. Верхний и нижний концевые двигатели водного тока. Гуттация и плач растений. Величина корневого давления. Скорость передвижения воды по растению. Этапы водного пути. Теория сцепления.
Атмосферная и почвенная засуха. Классификация растений по их способности регулировать водный обмен. Водный баланс, водный дефицит, водный стресс. Временное и длительное завядание.
Регулирование водного режима растений. гидротехническая мелиорация земель. Антитранспиранты. Физиология орошаемого растения.
Минеральное питание растений
Общие представления о минеральном питании растений. Необходимые макро- и микроэлементы, их физиологическая роль. Распределение и перераспределение элементов минерального питания по отдельным органам и тканям растений в онтогенезе, реутилизация. Формы азота в почве, их доступность растениям. Работы Д.Н. Прянишникова. Лист как орган интегральной информации питания растений. Особенности почвы как субстрата для питания растений.
|
|
|
Корневая система как орган поглощения, синтеза и передвижения веществ в растении. Механизм добывания корнями питательных элементов (апоплазматический, симплазматический). Пиноцитоз. Избирательность поглощения. Физико-химическая сущность антагонизма и синергизма ионов. Буферность питательной среды. Трансформация минеральных элементов, ассимиляция азота и серы в растении. Синтезирующая деятельность корневых систем по работам Д.Л. Сабинина, А.Л. Курсанова, К. Мозеса. Влияние внутренних и внешних факторов на поглощение минеральных элементов. Транспорт питательных веществ в растении.
Роль микроорганизмов в питании растений: азотфиксация, аммонификация, нитрификация, денитрификация, трансформация целлюлозы и лигнина. Ризосфера. Микориза.
Физиологические основы применения удобрений. Признаки минеральной недостаточности. Диагностика потребностей растений в элементах питания. Некорневые подкормки растений. Выращивание растений методами гидро- и аэропоники.
Фотосинтез
Сущность и значение фотосинтеза, его биосферная роль. Работы К.А. Тимирязева. Общие представления о фотоавтотрофной функции. Фоторедукция. Методы изучения фотосинтеза.
Фотосинтетический аппарат высших растений. Строение и функции хлоропластов. молекулярная модель тилакоида. Пигментные системы листа. Биосинтез хлорофилла. Хлороз.
Энергетика фотосинтеза. Фотофизический этап фотосинтеза. Синглетный и триплетный уровни возбуждения молекул хлорофилла. Закон фотохимии. Фотосинтетически активная радиация. Квантовый выход и коэффициент полезного действия фотосинтеза.
Химизм фотосинтеза. Фотосистемы I и II. Эффект Эмерсона. Световая и темновая (цикл Кальвина) фазы С3 – пути фотосинтеза. Фотосинтетическое (циклическое и нециклическое) фосфорилирование. Фотолиз воды и его значение. образование АТР и NАДР-Н при световых реакциях. Альтернативные пути фотосинтеза: С4 (цикл Хетча-Слэка-Карпилова) и САМ. Другие пути ассимиляции СО2 в растении.
|
|
|
Влияние внутренних и внешних факторов на интенсивность фотосинтеза. Светолюбивые и теневыносливые растения. Световой и углекислотный компенсационные пункты. Суточный и сезонный ход фотосинтеза. Светокультура. Листовой индекс.
Продукты фотосинтеза. Механизм, скорость и пути транспорта ассимилятов по растению. Работы А.Л. Курсанова. Флоэмная подсочка древесных пород.
Фотосинтез и урожай. Работы Л.А. Иванова и А.А. Ничипоровича. Пути регулирования фотосинтетической продуктивности экосистем.
Дыхание растений
Физиологическая сущность дыхания как центрального звена обмена веществ. Теории дыхания А.Н.Баха и В.И.Палладина. Химизм и энергетика процессов дыхания и брожения. Теория С.П. Костычева. Окислительное фосфорилирование на уровне субстрата, гликолиз, цикл Кребса (цикл ди- и трикарбоновых кислот), образование высокоэнергетического соединения – АТР. Использование промежуточных продуктов дыхания для синтеза углеводов, белков, липидов и вторичных веществ. Пентозофосфатный цикл превращения гексоз. Разнообразие путей перенос электронов и протонов у растений как приспособление к условиям существования – глиоксилатный цикл дыхания. Фотодыхание.
Регуляция дыхания. Зависимость дыхания от внутренних и внешних факторов. Дыхательный коэффициент. Роль дыхания в адаптации растений к неблагоприятным условиям среды. Дыхательный газообмен древесных растений. Связь дыхания с другими физиологическими процессами.
Метаболизм растений
Органические вещества первичного и вторичного обмена. Конституционные, запасные, энергетические, транспортные и защитные вещества. Живица хвойных пород. Фитонциды. Фитоалексины. Физиологическая роль и практическое значение вторичных метаболитов. Механизмы саморегуляции трансформации органических веществ в растениях.
Превращение веществ при созревании семян и плодов. Особенности метаболизма в прорастающих семенах. Годичный цикл превращений запасных веществ в вегетативных органах древесных растений.
|
|
|
Рост и развитие растений
Понятие роста и развития растений, их взаимосвязь. Критерии роста и развития. Онтогенез. Локализация ростовых процессов в растительном организме – меристемы. Рост клеток как основа роста многоклеточного организма. Три фазы роста клеток: эмбриональная, растяжения и внутренней дифференцировки. Изменения метаболизма и энергетики при прохождении каждой из фаз. Синтез целлюлозы. Процессы одревеснения и опробковения. Общие закономерности роста (кривая Сакса).
Гормоны растений (фитогормоны) как основные регуляторы процесса роста и развития. Общие представления о фитогормонах. Роль и механизм действия ауксинов, гиббереллинов, цитокининов и ингибиторов (абсцизовая кислота, этилен) в ростовых процессах. Синтетические регуляторы роста.
Использование фитогормонов и ретардантов в сельском хозяйстве и ландшафтном строительстве.
Продуктивность экосистем как функция роста растений в зависимости от генотипа и экологических условий. Влияние внешних условий на рост. Периодичность роста древесных растений. Корелляция и полярность.
Ростовые движения растений. Тропизмы. Гормональная теория Ч. Дарвина, И.Т. Холодного и Ф. Вента. Настии. Сейсмонастические движения.
Понятие об индивидуальном развитии растений. основные этапы индивидуального развития растений. Проявление интегрального воздействия важнейших внешних факторов на развитие (фото- и термопериодизм). Биоритмы. Физиологические основы покоя растений и прерывания покоя. Типы покоя. Приемы ускоренного прорастания семян и регулирования роста и развития растений. Стратификация и скарификация семян. Физиологические основы хранения семян и плодов.
Внутренние и внешние факторы, регулирующие развитие. Гормональня теория цветения М.Х. Чайлахяна. Теория циклического старения и омоложения М.П. Кренке. Геронтология растений. Теория перекисного окисления липидов. Физиологические основы опыления, цветения, оплодотворения и плодоношения.
Физиологические основы вегетативного размножения (прививка, черенкование и др.). Карликовые формы растений. Метод культуры изолированных тканей и клеток (микроклональное размножение).
Физиология устойчивости растений
Общие представления об устойчивости растений к неблагоприятным внешним воздействиям – стрессорам. Физиология стресса. Специфические и неспецифические реакции, адаптационный синдром. Устойчивость растений как результат адаптации. Представление о стрессовых белках. Экологическая амплитуда вида и экстремальные условия среды.
Действие на растения низких отрицательных и положительных температур. Холодо- и морозоустойчивость. Теория закаливания И.И. Туманова и.В. Лархера. Морфофизиологические основы устойчивости растений к низким температурам на разных этапах развития. Зимостойкость.
|
|
|
Засухо- и жароустойчивость растений. Пути приспособлений ксерофитов к засухе. Физиологические основы оршения. Влияние на растения избытка воды в почве и устойчивость к аноксии.
Солеустойчивость растений. Вредное действие солей на жизнедеятельность растений. Галофиты, их типы. Повышение солеустойчивости растений.
Действие ионизирующих излучений на растения. Радиоустойчивость растений.
Газоустойчивость растений. Пути повышения резистентности.
Устойчивость растений к патогенным микроорганизмам. Механизмы защиты от инфекций (фитонциды, фитоалексины, лектины), развитие защитных реакций и иммунитет растений. Природные фунгициды.
Физиологические основы устойчивости растений к насекомым (репелленты, аттрактанты, феромоны, экдизоны и др.).
Физиология городских растений. Физиологические основы подбора ассортимента древесно-кустарниковых и травянистых растений для оздоровления биосферы, создания санитарно-защитных зон вокруг городов и промышленных центров, эргономических систем.
Заключение. Жизнь растения как единого целого.
Функционирование растения как целостной системы. Интеграция и упорядоченность клеток, органов, растительного организма, популяций и биогеоценозов.
Вопросы для контроля и самоконтроля
|
|
|
