Geum.ru

Учебно-методический комплекс дисциплины "Физиология растений" вузовского компонента цикла дпп. Ф. 03. 032500. 00

Вид материалаУчебно-методический комплекс

Содержание


Тематическое содержание курса
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Тематическое содержание курса


1. Вводная часть

1.1. Введение в физиологию растений

Физиология растений как наука: её цель, задачи, связи с другими естественнонаучными дисциплинами, практическое применение. Важнейшие особенности растительного организма. Органы и ткани высших растений. Общий план строения растительной клетки. Основные компартменты клеток: ядро, ЭПР, АГ, митохондрии, пероксисомы, рибосомы, пластиды, вакуоли.

1.2. Механизмы, обеспечивающие функционирование

метаболических систем растений

Определение термина "фермент", строение молекул ферментов и их основные свойства как биологических катализаторов (специфичность, способность функционирования в относительно мягких условиях, высокая эффективность). Классификация ферментов. Механизмы ферментативного катализа (снижение ферментами энергии активации, принцип индуцированного соответствия). Факторы, влияющие на эффективность ферментативного катализа: концентрация фермента, его активаторов или ингибиторов, субстрата; температура; рН; дисперсность субстрата; аллостерия; наличие мультиферментных комплексов, изоферментов или множественных молекулярных форм ферментов.

Понятие об экзо- и эндоцитозе, пассивном и активном поглощении веществ клеткой. Механизмы пассивного транспорта: простая и облегчённая диффузия, роль в облегчённой диффузии мембранных белков. Аквапорины. Механизмы активного транспорта: трансмембранный потенциал, электрогенные и электронейтральные клеточные насосы. Унипорт, симпорт, антипорт. Особенности транспорта веществ в цитоплазме.

2. Водный обмен

2.1. Роль воды для растений и физические основы её обмена

Значение воды для растительного организма. Физические свойства воды. Свободная и связанная вода. Диффузия. Осмос. Тургор. Осмотическое и тургорное давление. Водный потенциал.

2.2. Механизмы поглощения воды растением

Транспирация как верхний концевой двигатель водного тока. Роль анатомических структур листа в транспирации. Закон Стефана. Влияние на транспирацию водного потенциала почвы, влажности воздуха, температуры, освещения, ветра и внутренних факторов. Показатели транспирации и водного баланса: оводнённость тканей, водный дефицит, интенсивность, продуктивность и экономность транспирации, транспирационный коэффициент, относительная транспирация.

Корневое давление как нижний концевой двигатель водного тока. Плач растений и гуттация как иллюстрация наличия корневого давления. Роль анатомических структур корня в поглощении воды из почвы. Симпластный и апопластный пути движения воды. Функция поясков Каспари в поглощении воды корнем. Почвенная и атмосферная засуха, физиологическая сухость, завядание.

Транспорт воды в стебле. Теория когезии и натяжения. Объяснение физической стороны транспорта с помощью капиллярных явлений.

3. Минеральное питание

3.1. Макроэлементы

Вещества, составляемые макроэлементами, степень их окисления вне и внутри организма, механизмы поступления в растение, удельное содержание, запасные формы: азот, фосфор, сера, кальций, магний, калий.

3.2. Микроэлементы

Вещества, в состав которых входят микроэлементы, степень их окисления вне и внутри организма, удельное содержание, механизмы поступления в растение: железо, марганец, медь, цинк, молибден, бор, кобальт, хлор, никель, натрий, кремний, ванадий.

3.3. Обмен азота

Круговорот азота в природе. Биологическая фиксация азота. Симбиоз азотфиксирующих микроорганизмов с растениями на примере Rhizobium и бобовых. Свободноживущие азотфиксаторы. Химизм фиксации азота микроорганизмами и включения его в метаболизм. Затраты микроэлементов и АТФ при фиксации атмосферного азота. Поглощение растениями минерального азота почвы. Поглощение и включение в метаболизм нитрата и аммония, включая химизм. Влияние фотосинтеза на поступление азота.

3.4. Поступление питательных веществ в растение

Плодородие почвы. Факторы, влияющие на доступность ионов для растения. Растения с уклоняющимся типом питания (насекомоядные, паразиты и полупаразиты, микоризообразователи). Симптомы недостатка питательных элементов. Органические удобрения. Минеральные удобрения (простые и комплексные). Бактериальные удобрения. Физиологические основы применения удобрений.

4. Фотосинтез

4.1. Основы знаний о фотосинтезе

История изучения фотосинтеза. Его значение на биосферном уровне. Лист как орган фотосинтеза. Уравнение фотосинтеза и его принципиальная схема: фотофизическая стадия, фотохимическая стадия, транспорт электронов, поглощение и восстановление углекислого газа.

4.2. Солнечный свет как источник энергии

Основные свойства фотонов. Уровни возбуждения молекул хлорофилла. флуоресценция. Светособирающие пигментные комплексы. Механизмы передачи энергии между молекулами пигментов (обменно-резонансный и индуктивно-резонансный). Химическое строение хлорофиллов и роль тетрапиррольного кольца. Спектры поглощения разных форм хлорофилла. Биосинтез хлорофиллов. Химическое строение, спектры поглощения и биосинтез каротиноидов и фикобилинов.

4.3. Транспорт электронов при фотосинтезе

Электрон-транспортная цепь (ЭТЦ). Белковые комплексы ЭТЦ и молекулы-переносчики. Марганец-кластер как источник выделяемого при фотосинтезе кислорода. Z-схема фотосинтеза. Фотосистемы I и II и их роль в ЭТЦ. Кратковременная и долговременная адаптация ЭТЦ к изменениям во внешней среде. Хлородыхание. Фотоингибирование. Циклический псевдоциклический транспорт электронов. Фотофосфорилирование.

4.4. Ассимиляция углерода

Цикл Кальвина: стадии карбоксилирования, восстановления и регенерации. Роль Рубиско в ассимиляции углерода. Энергетический баланс цикла Кальвина. Регуляция активности его работы. Цикл Хэтча – Слэка – Карпилова (С4-путь). Дополнительные химические реакции, происходящие в ходе С4-пути. Роль анатомических структур листа в цикле Хэтча – Слэка – Карпилова. Экологические особенности С4-растений. САМ-цикл: дополнительные химические реакции, роль анатомических структур листа, экологические особенности. Фотодыхание: химизм, отличия от светового дыхания, участие Рубиско, роль в метаболизме.

Оценка интенсивности фотосинтеза. Истинная и видимая интенсивность фотосинтеза. Зависимость интенсивности фотосинтеза от освещения у С3- и С4-растений. Светокомпенсационная точка. Связь интенсивности фотосинтеза со спектральным составом света, концентрацией СО2 и кислорода, температурой, водным режимом, минеральным питанием, загрязнением. Роль внутренних факторов в регуляции интенсивности фотосинтеза: скорость оттока ассимилянтов, концентрацией хлорофилла, возрастом листа.

5. Дыхание растений

5.1. Основы биоэнергетики

Экзергонические и эндергонические реакции. Энтропия. Энергия Гиббса. Экзергоническое сопряжение. Строение АТФ. Макроэргическая связь в молекуле АТФ. Хемиосмотическая теория Митчелла. Электронтраспортные цепи. НАД, НАДФ, цитохромы, железосерные белки, хиноны.

5.2. Функционирование механизмов дыхания

Обобщённое уравнение, принципиальная схема и функции дыхания. Гликолиз: исходные вещества и продукты, химические реакции, энергетический выход. Синтез щавелеуксусной кислоты при гликолизе. Глюконеогенез. Брожение (молочнокислое и спиртовое).

Цикл Кребса (трикарбоновых кислот): вовлечение пировиноградной кислоты в цикл Кребса, общая схема, энергетический выход. Цикл Кребса как поставщик метаболитов. Вовлечение в дыхание белков и липидов. Глиоксалатный и пентозофосфатный циклы. Контроль работы цикла Кребса и гликолиза.

Белковые комплексы ЭТЦ дыхания. Окислительное фосфорилирование. Отличия в функционировании ЭТЦ при использовании НАДН и ФАДН2. Роль протонных помп в работе ЭТЦ и понятие о точке сопряжения. Альтернативные пути окисления НАДН. Сущность и функции разобщённого транспорта электронов.

Влияние на интенсивность дыхания температуры среды; содержания в ней кислорода, углекислого газа и воды; интенсивности и спектрального состава света; минерального питания; вида, стадии онтогенеза и физиологического состояния растения. Физиологические процессы, активизирующие дыхание. Дыхание роста и дыхание поддержания.

6. Рост и развитие растений

6.1. Общие закономерности роста и развития

Различия между процессами роста и развития. Ткани, обеспечивающие рост растений. Основные фазы развития отдельных клеток, культур клеток и целого растения: эмбриональная, роста, дифференциации, зрелости, старения. Тотипотентность. Влияние на рост и развитие света, температуры, аэрации, минерального и водного питания. озимые и яровые формы растений. Фотоморфогенез. Фотопериодическая реакция растений. Фитохромы, криптохромы и фототропин как рецепторы света.

6.2. Гормоны растений

Определение и свойства гормонов. Первичные и вторичные мессенджеры. Специфические и неспецифические реакции. Химическое строение, синтез и функции гормонов. Ауксины – гормоны апекса стебля; стимуляция ими апикального доминирования, закладки листьев, развития корневой системы. Цитокинины – гормоны апекса корня; их синергизм и антагонизм с ауксинами. Гиббереллины – гормоны листьев; их влияние на интеркалярные меристемы, проявление пола, цветение. Гормоны стрессов: абсцизовая кислота, этилен, жасмонаты, брассиностероиды, салициловая кислота.

Тропизмы: геотропизм, фототропизм, гелиотропизм, хемотропизм, аэротропизм, гидротропизм, тигмотропизм. Настии.

6.3. Покой растений

Сезонная, суточная и возрастная периодичность роста. Вынужденный и глубокий покой. Пути преодоления покоя.

7. Стрессы растений

Причины, вызывающие водный дефицит. Последствия водного дефицита. Осморегуляция как механизм преодоления водного дефицита. Осмолиты. Белки водного стресса: Lea-белки, шапероны, протеазы, ингибиторы протеаз, убиквитины, аквапорины. Абсцизовая кислота – гормон водного стресса.

Экологические группы растений по отношению к засолённости почв. Повреждающее действие солей: нарушение всасывания воды и токсическое действие. механизмы преодоления солевого стресса.

Приспособление ферментов к изменениям температуры. Белки теплового и холодового шока. Изменение вязкости мембран как механизм избегания температурного стресса. Теплопродукция при понижении температуры. Механизмы повреждения растений при снижении температуры ниже 0°С и ослабления повреждающего эффекта.

Активные формы кислорода – АФК (перекись водорода, супероксидрадикал, синглетный кислород, гидроксилрадикал) и их продукция. Цикл "вода – вода". Повреждающее действие АФК. Защита от АФК: антиоксидантные и ферментативные системы. Окислительный стресс как компонент других видов стресса.

Иммунитет растений. Конститутивный и индуцибельный иммунитет. Защитные вещества растений: яды, репелленты, фитоалексины. Белки, вырабатываемые при биотическом стрессе: ингибиторы протеаз и белки окислительного стресса. Сигнальные пути индуцибельного иммунитета. Передача сигналов с помощью системина, олигосахаридов, этилена, салициловой кислоты. Местные и системные реакции.

8. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

Студенты должны иметь представление о протекании основных физиологических процессов в растительном организме; делать самостоятельные выводы из наблюдений над фактическим материалом; осуществлять анализ различных процессов и явлений; владеть методиками постановки простейших экспериментов по физиологии растений; применять знания, полученные в курсе "Физиология растений", в практике преподавания биологических дисциплин в средней школе.

Требования к экзамену

При проведении экзамена в билет включается два теоретических вопроса: один более широкий, другой – более узкий. Вопросы должны быть из различных разделов курса физиологии растений.

Структура экзаменационного билета
  1. Вопрос, рассматривающий протекание основных физиологических процессов в организме растений.
  2. Более узкий теоретический вопрос, касающийся второстепенных физиологических процессов или рассматривающий вопросы смежных дисциплин применительно к метаболизму растений.