 Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
УЧЕБНАЯ программа ПО Дисциплине
Красноярск
СФУ
2008
УДК 581.1(07)
ББК 28.573я73
Ф 20 (авт. знак дает РИО. Буква по первой фамилии или по названию)
Составители: Голованова Т.И., Гаевский Н.А.
Ф 20 Физиология растений: учебная программа по дисциплине [Текст] / сост. Т.И.Голованова, Н.А. Гаевский – Красноярск: Сиб. Федер. Ун-т, 2008. - 27 с.
Программа предназначена для студентов направления 020200 – биология, спец. 020208.65 «Биохимия»
УДК 581.1(07)
ББК 28.573я73
© Сибирский
федеральный
университет, 2008
Предмет курса
Физиология растений является частью биологической науки, изучающей закономерности жизни растительных организмов.
Предметом изучения курса являются жизненные процессы растений базовые принципы структурной и функциональной организации растительных организмов, механизмы гомеостатической регуляции, молекулярные, биохимические и биофизические основы функционирования растений.
1 Цели и задачи изучения дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины
В квалификационной характеристике выпускника в ГОС направления «Биология» отмечено, что выпускник «должен иметь базовые представления о разнообразии биологических объектов, современные представления о принципах структурной и функциональной организации биологических объектов и механизмах гомеостатической регуляции, о принципах клеточной организации биологических объектов, о биофизических и биохимических основах, мембранных процессах и молекулярных механизмах жизнедеятельности; уметь применять основные физиологические метопы анализа и оценки состояния живых систем, применять современные экспериментальные методы работы с биологическими объектами в полевых и лабораторных условиях, навыки работы с современной аппаратурой».
В связи с этим цель курса «Физиология растений» - сформировать у студентов представление о закономерностях жизнедеятельности растений, биохимических, молекулярных и генетических основах взаимозависимости сложных функций и механизмов их регуляции в системе целого организма, сформировать у студентов профессиональные первичные навыки лабораторного анализа и постановки эксперимента в ходе изучения растительных организмов. Как писал К.А. Тимирязев: «Физиолог не может довольствоваться пассивной ролью наблюдателя, как экспериментатор, он является деятелем, управляющим природой».
1.2 Задачи изучения дисциплины
Важнейшей задачей данного курса является познание закономерностей жизнедеятельности растений. Научить студентов использовать физико-математическую и физико-химическую подготовку в данном курсе. Ознакомить студентов с научными достижениями в области физиологии растений.
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
особенности структурно-функциональной организации растительного организма;
специфику физиологических процессов, связанных с особенностями прикрепленного типа существования у растений;
механизмы протекания и регуляции, связанных с жизнью растений процессов (поглощение воды и минеральных веществ, фотосинтез и дыхание, рост и развитие);
механизмы адаптации растений к изменяющимся условиям среды;
механизмы взаимодействия растений в биогеоценозе;
физиологическую роль растений в биосфере.
Студент должен уметь:
систематизировать знания о растительном организме, полученные при изучении научной литературы;
пользоваться современными методами исследования при изучении растений и процессов, протекающих в них;
грамотно излагать теоретический материал о жизни растительного организма, о его огромной роли в жизни нашей планеты, вести дискуссию;
использовать знания, полученные в этом курсе, в своей практической деятельности.
1.3 Межпредметная связь
Профессионально-ориентированная дисциплина «Физиология растений» объединяет естественнонаучные подходы в изучении растительного организма. Курс апеллирует к знаниям из разных областей знаний: ботаники, химии, физики, цитологии, математики и предполагает формирование обще профессиональных и инструментальных компетенций.
Курс «Физиология растений» является основой для преподавания отдельных специальных дисциплин в соответствии с ООП магистратуры по направлению «Биология».
2. Трудоемкость дисциплины и ее обоснование
Общая трудоемкость дисциплины представлена в табл. 1
Таблица 1
Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
|
Всего часов
|
Семестр
|
5
|
6
|
Общая трудоемкость дисциплины
|
90
|
58
|
32
|
Аудиторные занятия:
|
63
|
48
|
15
|
лекции
|
47
|
32
|
15
|
лабораторные работы (ЛР)
|
16
|
16
|
|
Самостоятельная работа:
|
27
|
20
|
7
|
изучение теоретического курса (ТО)
|
15
|
13
|
2
|
реферат
|
7
|
7
|
|
задачи
|
5
|
|
5
|
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
|
Зачет
|
зачет
|
зачет
|
3 Содержание дисциплины
3.1 Разделы дисциплины и виды занятий в часах
Таблица 2
Разделы и виды занятий дисциплины
№
п/п
|
Раздел дисциплины
|
Всего часов
|
лекции
|
лабораторные занятия
|
самостоятельная работа
|
|
Раздел 1. Физиология растений как наука. Задачи физиологии растений.
|
2
|
|
|
|
Раздел 2. Физиология растительной клетки.
|
2
|
2
|
2
|
|
Раздел 3. Водный режим растений.
|
4
|
2
|
2
|
|
Раздел 4. Минеральное питание растений.
|
4
|
2
|
2
|
|
Раздел 5. Дыхание растений.
|
10
|
2
|
2
|
|
Раздел 6. Фотосинтез растений
|
10
|
4
|
2
|
|
Раздел 7. Рост и развитие растений.
|
8
|
2
|
10
|
|
Раздел 8.Физиологические основы устойчивости растений.
|
7
|
2
|
7
|
3.2 Содержание разделов и тем лекционного курса
Раздел 1. Физиология растений как наука. задачи физиологии растений.
Лекция 1. Введение. Цели и задачи. Предмет и методы изучения. История.
Физиология растений – наука о жизнедеятельности растительного организма. История становления физиологии растений как науки. Предмет, цели и задачи курса. Методы исследования. Место физиологии растений в системе биологических наук. Место зеленого растения в экономике природы. Население Земли и пищевые ресурсы.
Раздел 2. Физиология растительной клетки.
Лекция 2. Физиология растительной клетки. Клетка как осмотическая система.
Общая схема организации растительной клетки. Методы исследования. Свободное пространство. Значение воды для жизнедеятельности растений. Водный обмен растительных клеток. Формы воды в клетке. Основные закономерности поглощения воды клеткой. Осмос и его законы. Осмотическое и тургорное давление. Сосущая сила. Химический потенциал воды и водный потенциал клетки. Растительная клетка - осмотическая система.
Раздел 3. ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ
Лекция 3. Водный режим растений. Функции и формы воды в растениях.
Водные характеристики почвы. Корневая система как орган потребления воды. Корневое давление, значение, механизм и методы определения. Гуттация и плач растений. Распределение воды в клетке и организме. Формы воды в почве. Физиологическая засуха и ее причины. Коэффициент завядания.
Лекция 4. Поглощение, транспорт воды, транспирация. Экология водного режима.
Механизмы передвижения воды по растению. Теория сцепления. Водообмен между ксилемой и флоэмой в целом растении. Верхний и нижний концевые двигатели. Влияние внешних условий на поступление воды в растение. Транспирация, ее формы и физиологическое значение. Количественные показатели: интенсивность, экономичность, продуктивность, транспирационный коэффициент. Методы измерения. Устьичная транспирация и механизм ее регулирования. Кутикулярная транспирация. Действие факторов внешней среды: свет, температура, влажность воздуха. Суточные колебания транспирации.
Раздел 4. МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ
Лекция 5. Минеральное питание. Роль минеральных элементов.
Роль растений в круговороте минеральных элементов в биосфере. Потребность растений в элементах минерального питания. Содержание и соотношение минеральных элементов в почве и в растениях и факторы, их определяющие. Классификации элементов, необходимых для растений. Основная функция элементов в метаболизме: структурная и каталитическая. Физиологическая роль макро- и микроэлементов.
Лекция 6. Механизмы поглощения и транспорта минеральных элементов. Основы применения минеральных удобрений.
Ближний транспорт ионов в тканях корня. Симпластический и апопластический пути. Дальний транспорт. Восходящее передвижение веществ по растению: пути и механизмы. Перераспределение и реутилизация ионов в растении. Взаимодействие ионов (антагонизм, синергизм, аддитивность). Значение работ Д.Н. Прянишникова, Д.А. Сабинина в создании теории минерального питания. Корневое питание как важнейший фактор управления продуктивностью и качеством урожая. Генотипические различия в минеральном питании разных видов и сортов.
Раздел 5. ДЫХАНИЕ РАСТЕНИЙ
Лекция 7. Физиологическая роль дыхания. Специфика дыхания у растений.
Специфика дыхания у растений. Развитие представлений о природе механизмов и о путях окислительно-восстановительных превращений в клетке. Каталитические системы дыхания (дегидрогеназы, оксидазы, оксигеназы, карбоксилазы, трансферазы и др.). Механизмы активации водорода субстрата и молекулярного кислорода. Метаболизм дыхательного субстрата.
Лекция 8. Электронно-транспортная цепь дыхания растений
Электрон-транспортная цепь митохондрий: структурная организация, основные компоненты, их окислительно-восстановительные потенциалы. Комплексы переносчиков электронов.
Лекция 9. Основные пути диссимиляции углеводов.
Гликолитический путь окисления; основные стадии. Цикл Кребса. Глиоксилатный цикл. Пентозофосфатный путь окисления глюкозы и его роль в обмене клетки. Механизмы регуляции циклов.
Лекция 10. Фосфорилирование.
Единство элементарных энергетических процессов в живой природе. Фосфорилирование на уровне субстрата и фосфорилирование в дыхательной цепи. Мембраны как структурная основа биоэнергетических процессов. Электро-химический потенциал – движущая сила фосфорилирования. Регуляция электронного транспорта и фосфорилирования.
Лекция 11. Роль дыхания в продукционном процессе.
Составляющие дыхания: дыхание роста, дыхание поддержания и их соотношение в онтогенезе и в условиях меняющихся факторов среды.
Раздел 6. ФОТОСИНТЕЗ РАСТЕНИЙ
Лекция 12. Общие представления о природе фотосинтеза и его роли в развитии биосферы.
Развитие учения о фотосинтезе. Общее уравнение фотосинтеза, его компоненты. Структурная организация фотосинтетического аппарата. Роль фотосинтеза в процессах энергетического и пластического обмена растительного организма. Масштабы фотосинтетической деятельности в биосфере. Эволюция биосферы и фотосинтез.
Лекция 13. Пигменты фотосинтеза.
Хлорофиллы: химическая структура, спектральные свойства, функции. Основные этапы биосинтеза молекулы хлорофилла. Хлорофилл-белковые комплексы. Фикобилины: распространение, химическое строение, спектральные свойства, роль в фотосинтезе. Каротиноиды: химическое строение, спектральные свойства, функции.
Лекция 14. Первичные процессы фотосинтеза.
Поглощение света и передача энергии возбуждения. Возбужденное состояние электронов и пути дезактивации. Представление о фотосинтетической единице. Антенные комплексы. Преобразование энергии в реакционных центрах. Представление о совместном функционировании двух фотосистем. Эффекты Эмерсона. Электрон-транспортная цепь фотосинтеза.
Лекция 15. Электронно-транспортная цепь фотосинтеза и фотофосфорилирование.
Основные функциональные комплексы ЭТЦ. Системы фотоокисления воды и выделения кислорода при фотосинтезе. Типы функциональной организации ЭТЦ: нециклический, циклический и псевдоциклический потоки электронов и фотофосфорилирования. Стехиометрия сопряжения электронного транспорта и образования АТФ. Регуляция электрон-транспортной цепи фотосинтеза.
Лекция 16. Темновая стадия фотосинтеза.
Природа первичных акцепторов углекислого газа (углекислоты). Фиксация углекислого газа в цикле Кальвина-Бенсона, ключевые ферменты. Фотодыхание. Первичные продукты фотосинтеза. Фиксация углекислого газа в цикле Хэтча-Слэка-Карпилова. Особенности углекислотного метаболизма у С3-, С4 и САМ-растений. Эволюция механизма концентрирования СО2
Раздел 7. РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ
Лекция 17. Основные понятия процессов роста и развития растений. Фазы роста растений и их характеристики.
Общие представления о росте и развитии растений. Закономерности роста, типы роста. Кинетика ростовых процессов. Основные этапы развития растений.Клеточные основы роста. Особенности роста органов растений. Корреляции ростовых процессов различных органов, регенерация.
Лекция 18. Регуляция ростовых процессов.
Влияние на рост и развитие внутренних и внешних факторов. Физиологические основы действия фитогормонов. Фитохромная и криптохромная системы, электрофизиологические процессы роста.
Лекция 19. Ростовые движения растений.
Процессы раздражимости и возбудимости. Типы движения растений (внутриклеточные движения, тропизмы, настии, нутации) и их механизмы.
Лекция 20. Развитие растений.
Основные этапы онтогенеза (эмбриональный, ювенильный, репродуктивный, зрелости, старения). Морфологические, физиологические и метаболические особенности этапов онтогенеза. Состояние покоя у растений. Типы покоя и их значение для жизнедеятельности растений.
|
