Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Физиология растений [электронный ресурс] / Режим доступа
Скачать 0.57 Mb.
|
| Тема 1.1. Введение. Физиология растений – наука о функциях растительного организма. Ее роль, задачи и методы, связь с другими дисциплинами. Краткая история развития науки. Особенности растительного организма как основного объекта физиологии растений, процессы жизнедеятельности растений. Физиологические процессы обмена в клетках и тканях растений. Основные физиологические процессы растений: водный обмен, транспирация, дыхание, фотосинтез. Основные проблемы фитофизиологии на современном этапе. Тема 1.2. Физиология и функции растительной клетки. 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.). Особенности химического состава, строения и процессов жизнедеятельности растительной клетки. Ферменты. Общие представления об обмене веществ и превращении энергии в растительной клетке. 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. 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. Тема 2.1. Физиология водного режима растений. 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. 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. Общий путь водного тока в растении. Апопласт и симпласт. Дневной и остаточный водный дефицит. Влияние недостатка и избытка воды на растения. Особенности водного режима различных групп: эфемеры, суккуленты, ксерофиты. Типы ксерофитов. Состояние воды в почве. Доступность ее растениям. Мертвый запас влаги в почве. Формы почвенной воды, ее подвижность и доступность для растений. Коэффициент завядания. Тема 2.2. Фотосинтез. Физико-химическая сущность фотосинтеза и главные этапы его изучения. Его значение для развития жизни на Земле. Лист как орган фотосинтеза. Хлоропласты, их состав, организация структуры, физиологическая роль. Пигменты хлоропластов, химическая структура, спектральные свойства, состояние в хлоропласте, их участие в фотосинтезе. Физиологические функции. Хлорофиллы. Каротиноиды. Фикобилины. Основные этапы фотосинтеза по современным представлениям. Скорости световой и темновой фаз фотосинтеза и зависимость их от температуры. Физическое разделение фаз фотосинтеза. Происхождение кислорода фотосинтеза. Световая фаза фотосинтеза. Организация и функционирование пигментных систем. Первичные световые фотофизические и фотохимические процессы. 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. Циклическое и нециклическое фосфорилирование. Тема 3.1. Фотосинтез. Метаболизм углерода при фотосинтезе (темновые процессы фотосинтеза). Химизм реакций цикла Кальвина (С3–путь фотосинтеза), его ключевые ферменты. Цикл Хэтча – Слэка (С4-путь). Фотосинтез по типу толстянковых (САМ–растения). Различие, физиолого-биохимические особенности и общие свойства С3, С4 и САМ-растений. Первичные продукты фотосинтеза и их превращения. Экология фотосинтеза. Лист как орган фотосинтеза. Роль внешних и внутренних факторов. Дневной ход фотосинтеза. Интенсивность фотосинтеза. Суточные, сезонные ритмы. Компенсационная точка (пункт) фотосинтеза. Разнообразие продуктов фотосинтеза. Зависимость от условий. 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. Тема 3.2. Дыхание растений. Сущность дыхания, уравнение дыхания. Значение дыхания. Определение дыхания. Особенности дыхания растений. История развития учения о дыхании растений. Окисление как потеря электрона. Сущность биологического окисления. Химизм дыхания. Пути дыхательного обмена (гликолитический путь, пентозофосфатный путь). Гликолиз. Место протекания, ферменты гликолиза. Значение гликолиза. Основные и вспомогательные ферменты дыхания. Анаэробные превращения продуктов гликолиза. Генетическая связь брожения и дыхания. 6 семестр Тема 1.1. Дыхание растений. Аэробная фаза дыхания (цикл Кребса). Электронтранспортная цепь дыхания (ЭТЦ). Окислительно-восстановительный потенциал. Запасание энергии при дыхании. Окислительное фосфорилирование: субстратное и коферментное. Две основные формы энергии, накапливаемой и используемой в клетке: Δμ Н+ (градиент элетрохимического потенциала) и АТФ. Альтернативные пути дыхания – как способ адаптации растений к неблагоприятным факторам среды. Пентозофосфатный и глиоксилатный циклы, этапы и химизм их протекания. Физиолого-биохимическая роль. Дыхательный коэффициент (ДК), зависимость его величины от условий и субстрата окисления. Экология дыхания, изменение дыхания 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 растений. Основы почвенной микробиологии. 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. 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. Корневая система как высокоспециализированный орган поглощения, передвижения синтеза и переработки веществ. Метаболизм корней в связи с первичной ассимиляцией минеральных веществ. Явление реутилизации и подвижность минеральных элементов у растений. Почва как источник минеральных элементов. Почвенно-поглощающий комплекс. Поступление минеральных элементов в растения. Механизмы поглощения минеральных элементов. Влияние внешних и внутренних факторов на поглощение веществ. Пассивный (диффузия, облегченная диффузия) и активный транспорт. Роль почвенного раствора, окружающего корневую систему в питании растений. Его кислотность, уравновешенность, буферность. Явление антагонизма и синергизма ионов. Физиологически кислые и щелочные соли. Основные формы используемых в практике растениеводства удобрений. Диагностика потребности в элементах питания растений. Предмет и задачи почвенной микробиологии. Методы почвенной микробиологии. Лабораторные и полевые методы изучения и количественного учета почвенных микроорганизмов. Чистая культура. Накопительная культура. Особенности строения прокариотных микроорганизмов. Влияние внешних условий на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов (химический состав, влажность, аэрация, температура почвы, концентрация и рН почвенного раствора, свет). Распространение микроорганизмов в природе. Участие микроорганизмов в биологическом круговороте углерода. Спиртовое брожение. Молочнокислое брожение. Маслянокислое брожение. Пропионовое брожение. Участие микроорганизмов в биологическом круговороте азота. Аммонификация. Нитрификация. Денитрификация. Азотфиксация. Типы биологических связей в мире почвенных микроорганизмов. Симбиоз. Метабиоз. Конкуренция. Хищничество. Паразитизм. Взаимоотношения между микроорганизмами и высшими растениями. Ризосферные микроорганизмы. Микориза и ее значение в минеральном питании древесных растений. Тема 3.1. Обмен веществ и транспорт веществ в растении. Вещества первичного, или основного обмена. Основные формы запасных веществ в семенах (крахмал, жиры, белки). Биохимические превращения веществ: превращения веществ при созревании и при прорастании семян. Вещества вторичного обмена (терпеноиды, гликозиды, алкалоиды, фенольные соединения и др.), их физиологическая роль. Запасные вещества вегетативных органов древесных растений. Система регуляции и управления превращением органических 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. Типы ферментов. Современная классификация. Проблема транспорта веществ по растению. Дальний, ближний и внутриклеточный транспорт органических соединений. Роль акцепторно-донорных отношений в транспорте веществ. Флоэмный и ксилемный транспорт. Модель массового тока под давлением. Теория Мюнха. 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. Ауксины, гиббереллины, цитокинины, этилен, абсцизовая кислота, брассины и другие фитогормоны. 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. Клональное микроразмножение растений. 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. 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. Тема 3.3. Периодические явления в жизни растений. Покой. Типы покоя (органический, вынужденный, глубокий). Управление покоем. Его адаптивная функция. Устойчивость, жизнеспособность растений. Биологическая и агрономическая устойчивость. Механизмы защиты и устойчивость растений. Физиология стресса. Надежность организма и реакция растения на стресс на клеточном, организменном и популяционном уровне. Холодостойкость. Морозоустойчивость. Зимостойкость, жаростойкость. Засухоустойчивость. Влияние избытка воды на растения. Солеустойчивость растений. Газоустойчивость. Действие ионизирующих излучений. Устойчивость растений к инфекционным заболеваниям. Методы диагностики и повышения устойчивости растений к воздействию неблагоприятных факторов среды.
ТЕМА «ФОТОСИНТЕЗ» Общие представления о фотосинтезе. Суть фотосинтеза. Уравнение фотосинтеза, что оно отражает и его компоненты. Роль фотосинтеза в процессах энергетического и пластического обмена. Основные исторические этапы развития учения о фотосинтезе. Фотосинтез как глобальный процесс. Масштабы фотосинтетической деятельности в биосфере. Космическая роль зеленых растений. Структурная организация фотосинтетического аппарата. Лист как орган фотосинтеза. Хлоропласты. Основные элементы структуры хлоропласта как эффективной ловушки солнечной энергии. Мембранный (ламеллярный) принцип организации, строение и электронно-микроскопическая структура: двойная мембрана, матрикс, граны, тилакоиды. Типы пластид. Эволюция пластид, автономия хлоропластов и теория симбиогенеза. Онтогенез хлоропластов. Состав пигментов фотосинтезирующих организмов. Методы выделения и разделения пигментов. Работы М. Цвета, адсорбционная хроматография. Хлорофиллы (a, b и др.): химическая структура, физические, оптические (спектральные) свойства и физиологическая роль. Химия биосинтеза хлорофилла, основные этапы, внешние и внутренние условия образования в растении. Каротиноиды. Химические свойства, спектры поглощения. Функции в фотосинтезе. Фикобилинопротеиды. Распространение, химическое строение. Спектральные свойства. Физиологические функции. Качественные и количественные методы обнаружения и учета фотосинтеза. Единицы измерения фотосинтеза. Основные этапы фотосинтеза по современным представлениям. Фотохимические и энзиматические реакции. Скорости фаз фотосинтеза и зависимость их от температуры. Физическое разделение световой и «темновой» фаз фотосинтеза. Происхождение кислорода фотосинтеза. Фотохимическая активность изолированных хлоропластов. Природа световых реакций фотосинтеза. Участие хлорофилла в первичных процессах фотовозбуждения и электронно-возбужденные состояния (синглетные S0, S1, S2 и триплетное - Т). Пути дезактивации энергии возбужденных состояний (высвобождение тепла, флюоресценция, фосфоресценция) и сопряженность с последующими стадиями фотосинтеза. Представление о двух фотосистемах ФСI и ФСII и двух типах реакционных центрах (РЦ). Электрон-транспортная цепь (ЭТЦ) фотосинтеза. Основные функциональные компоненты переноса электрона при взаимодействии ФСI и ФСII. Акцепторные и донорные стороны РЦ (Р700 и Р683) и значение величины окислительно-восстановительного потенциала в иерархии расположения переносчиков ЭТЦ фотосинтеза. Циклические и нециклические потоки электронов. Происхождение кислорода при фотосинтезе. Система фотоокисления воды и выделения О2. Z-схема фотосинтеза. Фотофосфорилирование (ФФ): циклическое и нециклическое. Исторические представления о темновых реакциях. Циклы превращения углерода при фотосинтезе (темновые реакции). Основные реакции цикла Кальвина, их химизм. С3-путь (восстановительный пентозофосфатный цикл (ВПФ-цикл)). Природа первичного акцептора СО2. Ключевой фермент С3-цикла – РУБИСКО (рибулёзобифосфаткарбоксилазаоксигеназа), его основные функции. Использование продуктов световой фазы в основных стациях цикла Кальвина. Химические продукты их последовательные превращения. Стадия карбоксилирования, восстановления и регенерации акцептора. Первичный синтез глюкозы, фруктозы, сахарозы, крахмала. Конечный и циклический характер превращения углерода при фотосинтезе. Цикл Хетча-Слэка-Карпилова. Кооперативный фотосинтез. САМ-тип метаболизма или метаболизм углерода по типу толстянковых. Экологическое значение путей фиксации СО2. Особенности растений с С3-, С4- и САМ-путями фотосинтеза, их сходство, различие, значение и распространение в природе. Наличие цикла Кальвина – обязательный общий этап для различных растений. Потоки метаболитов в хлоропласт и из него. Экология фотосинтеза. Зависимость фотосинтеза от внешних и внутренних условий и состояния организма. Влияние количества (интенсивности) и качества света (спектрального состава), температуры, концентрации СО2, водоснабжения, условий минерального питания. Суточный и дневной ход фотосинтеза. Кривые фотосинтеза в зависимости от факторов. Компенсационный пункт фотосинтеза. Фотодыхание, химизм, локализация в клеточных структурах, физиологическая роль. Фотосинтез и урожай. Продуктивность фотосинтеза. Урожай биологический и урожай хозяйственный, коэффициент хозяйственный. Пути повышения продуктивности растений. |
![Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Физиология растений [электронный ресурс] / Режим доступа icon](/i/doc32.png)
![Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Физиология растений [электронный ресурс] / Режим доступа icon](/i/32.png)
