Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов направления 020400. 62 Биология очной формы обучения
Скачать 0.77 Mb.
|
| Тема 1.1. Введение. Физиология растений – наука о функциях растительного организма. Ее роль, задачи и методы, связь с другими дисциплинами. Объект физиологии – эукариотный организм, осуществляющий фототрофный образ жизни. Сочетание различных уровней исследования (субклеточный, клеточный, организменный, биоценотический и биомный) – необходимое условие прогресса физиологии растений. Краткая история развития науки. Вклад российских ученых. Физиология растений – теоретическая основа рационального земледелия и новых отраслей биотехнологии. Физиологические основы продуктивности растений. Ведущие направления и специфика физиологических исследований. Успехи, достижения и научно-практические перспективы исследований. Основные проблемы фитофизиологии на современном этапе. Тема 1.2. Физиология и функции растительной клетки. Современные методы изучения клетки. Клетка как элементарная структура многоклеточного организма зеленого растения. Отличия растительной клетки от животной. Растительная клетка как результат двойного симбиоза. Строение и функции отдельных структур клетки (клеточная стенка, плазматическая мембрана, цитоплазма, вакуоль, ядро, пластиды, митохондрии, рибосомы, пероксисомы, лизосомы, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.). Мембранный принцип организации. Структура и свойства биологических мембран. Жидкостно-мозаичная модель. Регуляторная роль и другие функции мембран. Компартментация и интеграция клеточного обмена. Физико-химическое состояние протоплазмы и ее основные свойства (проницаемость, вязкость, эластичность, движение, ИЭТ, rH, дисперсность и др.). Растительная клетка как осмотическая система. Явления диффузии и осмоса. Понятие о химическом потенциале. Водный потенциал (сосущая сила) и его составляющие: осмотический потенциал (осмотическое давление), потенциал давления (тургорное давление), отрицательный потенциал давления (циторриз). Матричный потенциал (потенциал набухания). Гравитационный потенциал. Тургесцентность. Взаимоотношение между этими показателями. Поглощение воды и проницаемость клетки. Аквапорины. Тема 1.3., 2.1. Физиология водного режима растений. Значение воды в растениях. Особенности структуры молекул воды, ее уникальные и аномальные свойства. Водный режим, водный обмен, этапы водного обмена. Водный баланс. Состояние и формы воды в клетке. Корневая система как орган поглощения воды. Корневое давление, плач и гуттация растений. Механизм передвижения воды по клеткам. Транспирация (устьичная, кутикулярная), ее значение, изменение в онтогенезе. Лист как орган транспирации, единицы измерения, регулировка. Устьица, строение. Механизмы устьичных движений, гидроактивные и гидропассивные движения. Роль АБК, калия, ионных насосов, ферментов, АТФ и экологических факторов в движении устьиц. Закон Стефана. Методы устьичного контроля. Внеустьичная регулировка транспирации. Передвижение воды по растениям, дальний транспорт, односторонний ток. Верхний и нижний концевые двигатели водного тока. Теория сцепления, когезия и адгезия. Роль градиента водного потенциала в системе: почва – растение – атмосфера. Скорость водного тока в растении. Общий путь водного тока в растении. Апопласт и симпласт. Дневной и остаточный водный дефицит. Влияние недостатка и избытка воды на растения. Структурные и физиолого-биохимические изменения при водном стрессе. Особенности водного режима различных групп: эфемеры, суккуленты, ксерофиты. Типы ксерофитов. Ксероморфная структура растений как адаптация к недостатку влаги. Засухоустойчивость и жаростойкость. Критические периоды. Физиологические основы орошаемых культур. Состояние воды в почве. Доступность ее растениям. Мертвый запас влаги в почве. Формы почвенной воды и ее подвижность. Легко-, средне- и труднодоступная вода в почве. Коэффициент завядания. Тема 2.2., 3.1. Фотосинтез. Сущность фотосинтеза. Общие представления. Уравнение фотосинтеза. Фотосинтез как глобальный процесс. Его значение для развития жизни на Земле. Исторические этапы изучения фотосинтеза. Хлоропласты. Автономность пластид и теория симбиогенеза. Состав, строение, организация структуры, физиологическая роль. Онтогенез пластид. Пигменты хлоропластов, химическая структура, спектральные свойства, состояние в хлоропласте, их участие в фотосинтезе. Физиологические функции. Представители группы хлорофиллов. Условия образования хлорофилла. Каротиноиды, их физиологическая роль. Фикобилинопротеиды. Лист как орган фотосинтеза. Методы изучения фотосинтеза. Роль меченых атомов (стабильные и радиоактивные изотопы) и других методов в познании фотосинтеза. Качественный и количественный учет фотосинтеза. Единицы измерения фотосинтеза. Основные этапы фотосинтеза по современным представлениям. Энергетика фотосинтеза. Что привело к пониманию наличия световых и темновых стадий в процессе фотосинтеза? Скорости световой и темновой фаз фотосинтеза и зависимость их от температуры. Физическое разделение фаз фотосинтеза. Происхождение кислорода фотосинтеза. Способность изолированных хлоропластов к фотолизу воды. Реакция Хилла. Восстановление акцептора и выделение молекулярного О2, как два сопряженных процесса. Уравнение реакции. Фотохимическая активность хлоропластов. Механизм фотолиза воды. Первичные световые фотофизические и фотохимические процессы. Строение молекул и электронно-возбужденные состояния пигментов (синглетные S0, S1, S2 и Т-триплетное). Пути их дезактивации. Люминесценция, флуоресценция и фосфоресценция. Реакционные центры и пигменты антенного комплекса. Светособирающие комплексы (ССК). Преобразование энергии в реакционном центре (РЦ). Разделение зарядов как основная функция РЦ. Миграция энергии (флуоресцентный механизм, индуктивный резонанс и полупроводниковый механизм экситона) и транспорт электронов по переносчикам. Квантовый выход фотосинтеза. Две фотосистемы (ФС1 и ФС2). Эффект Эмерсона – как эффект неаддитивности действия разных по длине потоков красного света, доказывающий наличие двух фотосистем. Расположение переносчиков электронов и компонентов электронтранспортной цепи (ЭТЦ) фотосинтеза. Роль градиента электрохимического потенциала. Фотофосфорилирование циклическое и нециклическое, связь его с массовым током электронов. Система пластохинон - пластохинол и ее роль в создании градиента электрохимического потенциала в стромальном и внутритиллакоидном пространстве для образования АТФ. Z-схема фотосинтеза. Теория Митчелла. Работа АТФ-синтетазы в процессе образования фотосинтетической АТФ и пути ее использования. Метаболизм углерода при фотосинтезе (темновые процессы фотосинтеза). Исторические представления о темновой фиксации углекислоты. Цикл Кальвина как обращенный пентозофосфатный цикл (С3–путь фотосинтеза). Цикл Хэтча – Слэка (С4-путь). Кооперация между двумя типами хлоропластов. Фотосинтез по типу толстянковых (САМ –растения). Сходство и различия всех путей темновой фиксации СО2. Различие, физиолого-биохимические особенности и общие свойства С3, С4 и САМ, растений. Экологические преимущества С4- растений. РДФ – и ФЭП – карбоксилазы как ключевые ферменты первичной фиксации СО2 различных типов растений. Первичные продукты фотосинтеза и их превращения. Регенерация акцепторов СО2, конечные продукты и циклический характер темновых реакций фотосинтеза. Экология фотосинтеза. Лист как орган фотосинтеза. Роль внешних и внутренних факторов. Дневной ход фотосинтеза. Суточные, сезонные ритмы. Компенсационная точка (пункт) фотосинтеза. Разнообразие продуктов фотосинтеза. Зависимость от условий. Теория комплементарной хроматической адаптации и фотосинтез морских водорослей. Фотосинтез и урожай. КПД зеленого растения. Урожай биологический и хозяйственный. Коэффициент хозяйственный. Пути повышения продуктивности растений. Фотодыхание и метаболизм гликолата. Роль фотодыхания и связь с продукционным процессом. Эволюция способов автотрофного питания (усвоения углерода). Гетеротрофия и автотрофия, первичность гетеротрофии. Гетеротрофный синтез как возможный путь формирования автотрофности. Хеморедукция, фоторедукция, бактериальный фотосинтез, фотосинтез и хемосинтез как основные этапы эволюции углеродного питания. Круговорот углерода на Земле. Тема 3.2. Дыхание растений. Сущность дыхания, уравнение дыхания. Основные эффекты дыхания. Значение дыхания. Определение дыхания. Особенности дыхания растений. История развития учения о дыхании растений. Окисление как потеря электрона. Сущность биологического окисления. Химизм дыхания. Активация кислорода воздуха и водорода субстрата. Теория дыхания по Баху-Палладину. Генетическая связь брожения и дыхания. Работы Костычева С.П. Семестр 6. Тема 1.1. Дыхание растений. Дыхательный коэффициент (ДК), зависимость его величины от условий и субстрата окисления. Гликолиз. Место протекания, ферменты гликолиза. Значение гликолиза. Основные и вспомогательные ферменты дыхания. Анаэробные превращения продуктов гликолиза. Аэробная фаза дыхания (цикл Кребса). Электронтранспортная цепь дыхания (ЭТЦ). Окислительно-восстановительный потенциал. Запасание энергии при дыхании. Окислительное фосфорилирование: субстратное и коферментное. Сопряжение транспорта электронов с фосфорилированием, свободное окисление. Разобщители сопряжения дыхания и фосфорилирования. Сопрягающие мембраны. Две основные формы энергии, накапливаемой и используемой в клетке: Δμ Н+ (градиент элетрохимического потенциала) и АТФ. Роль протонной помпы и ионных насосов в синтезе и ресинтезе АТФ. Митохондрии – как энергетическая станция клетки. Их структура и локализация функциональных единиц. Механизмы образования АТФ: 1) теория химического сопряжения; 2) конформационная; 3) хемоосмотическая теория (Митчелла). Альтернативные пути дыхания – как способ адаптации растений к неблагоприятным факторам среды. Разнообразие путей переноса электронов через терминальные оксидазы (альтернативная цианидустойчивая, аскорбат-, полифенол-, флавин- и др. оксидазы). Пентозофосфатный и глиоксилатный циклы, этапы и химизм их протекания. Физиолого-биохимическая роль. Экология дыхания, дыхание в онтогенезе. Взаимосвязь дыхания с фотосинтезом, другими физиологическими процессами и обменом веществ в целом. Схема основных путей метаболизма в связи с дыханием. Тема 2.1. Минеральное питание. Корневая система как высокоспециализированный орган поглощения, передвижения синтеза и переработки веществ. Взаимовлияние подвой-привой как отражение роли функции корня в жизнедеятельности растений. Типы корневых систем, их распределение в почве и основные характеристики корневой системы: объем, общая поверхность корня, активная и неактивная поглощающая поверхность корня. Свободное пространство (СП) и кажущееся свободное пространство (КСП). Краткая история развития учения о минеральном питании. Роль органических и минеральных удобрений в питании растений. Общая и конкретная физиологическая роль отдельных элементов минерального питания. Состав золы растения. Зольные элементы и элементы органогены. Необходимые элементы минерального питания. Макро-, микро-, ультрамикроэлементы. Закон возврата, правило незаменимости элементов. Закон минимума Либиха, закон убывающего плодородия. Методы изучения минерального питания. Водные культуры. Гидропоника. Аэропоника. Почвенные и песчаные культуры. Стерильные культуры и возможность питания растений органическими соединениями. Лабораторный вегетационный и полевой методы исследований. Ведущая роль полевых опытов. Почва как источник минеральных элементов. Почвенно-поглощающий комплекс. Поступление минеральных элементов в растения. Пассивный (диффузия, облегченная диффузия) и активный транспорт. Функция переносчиков и транспортных АТФаз. Ионные насосы. Первичный и вторичный активный транспорт. Унипорт, котранспорт: симпорт и антипорт. Электрогенный и электронейтральный транспорт. Особая роль водородной помпы для растений. Экзо-, эндоцитоз. Роль почвенного раствора, окружающего корневую систему в питании растений. Его кислотность, уравновешенность, буферность. Явление антагонизма и синергизма ионов. Механизмы поглощения минеральных элементов. Влияние внешних и внутренних факторов на поглощение веществ. Метаболизм корней в связи с первичной ассимиляцией минеральных веществ. Явление реутилизации и подвижность минеральных элементов у растений. Азотное питание. Усвоение связанного азота. Использование аммонийных и нитратных форм. Физиологически кислые и щелочные соли. Восстановление нитратов. Пути устранения избыточного накопления нитратов в растении. Аминирование, амидирование и реакция переаминирования. Ферментные системы связывания аммиака. Роль переаминирования органических кислот и амидов. Глутаминоксиглутаратаминтрансфераза (ГОГАТ) и глутаминсинтетаза (ГС) – основные ферменты первичной ассимиляции аммиака. Свободноживущие и симбиотрофные азотфиксаторы. Особенности и свойства азотфиксаторов. Распространение азотфиксирующих организмов. Возможность фиксации различными группами не бобовых растений. Механизм азотфиксации. Нитрогеназа – как мультиферментный комплекс. Ее чувствительность к кислороду. Растения с уклоняющимся типом азотного питания (насекомоядность, паразитизм и полупаразитизм, микотрофность). Перспективы изучения процесса азотфиксации. Бактериальные удобрения (нитрагин, азотобактерин, фосфоробактерин, силикатные бактерии и формирование автохтонной микрофлоры (компостирование). Роль цианей в фиксации азота. Папоротник азолла. Основные формы используемых в практике растениеводства удобрений. Диагностика потребности в элементах питания растений. Солеустойчивость растений. Типы галофитов. Типы засоления почв. Механизмы устойчивости к засолению. Соотношение защитных и токсичных вещества как факторов солеустойчивости. Перспективы преодоления отрицательного действия избыточного засоления почвы на растение. Роль мелиорации и селекции. Тема 3.1. Обмен веществ и транспорт веществ в растении. Определение обмена веществ. Взаимодействие растения со средой как результат эволюционного процесса. Ана-, ката- и метаболические процессы в растениях. Биологические катализаторы – ферменты. Механизм действия. Энергия активации. Типы ферментов. Их модуляция, способы регуляции, зависимость работы от различных факторов. Современная классификация. Использование ферментов в практике народного хозяйства. Обмен белков, углеводов, жиров, органических кислот в растениях. Вещества вторичного происхождения. Общая схема метаболизма веществ. Проблема транспорта веществ по растению. Аттрагирующие центры. Дальний, ближний и внутриклеточный транспорт органических соединений. Роль акцепторно-донорных отношений в транспорте веществ. Загрузка и разгрузка ассимилятов. При флоэмном и ксилемном транспорте. Система – «источник – запрос». Флоэмный и ксилемный транспорт. Модель массового тока под давлением. Теория Мюнха. Формы и состав транспортируемых веществ в сосудах. Решающая роль энергетических затрат в транспорте веществ. Работы А.Л.Курсанова. Тема 3.2. Рост и развитие растений. Рост и развитие растений – нетождественные интегральные процессы. Влияние внешних и внутренних факторов на рост. Фазы роста. Большая кривая роста. Типы роста у растений. Ростовые корреляции. Апикальное доминирование. Физиологически активные вещества. Биологические ритмы. Гормоны растений (фитогормоны). Характеристика и особенность действия гормональных веществ: дистантность, очень низкая концентрация и морфогенетический эффект. Ауксины, гиббереллины, цитокинины, этилен, абсцизовая кислота, брассины и другие фитогормоны. Ингибиторы роста и ретарданты. Физиологическая роль и механизмы их действия. Применение синтетических ростактивирующих веществ в практике растениеводства. Гербициды. Культура изолированных органов, тканей и клеток растений. Работы Р.Г.Бутенко. Тотипотентность клеток. Безвирусные растения. Перспектива метода культуры ткани. Изолированные протопласты и сохранение генофонда. Онтогенез растений. Моно- и поликарпики. Этапы онтогенеза (эмбриональный, ювенильный, зрелость, размножение, старость) по М.Х. Чайлахяну, фазы развития (фенофазы) и этапы органогенеза по Ф.М. Куперман. Гормональная бикомпонентная (М.Х. Чайлахян) теория развития растений. Влияние внешних условий на развитие. Яровизация (температурный фактор) и фотопериодизм как реакция растений на длину дня. Роль фитохрома. Короткодневные, длиннодневные и нейтральные растения. Движение растений. Способы движения растений. Тропизмы, настии, таксисы, нутации. Механизмы движения растений. Теория Холодного-Вента. Современное представление о механизме двигательных процессов растений. |
