История развития физиологии растений кратко: Этапы развития физиологии и биохимии растений

Этапы развития физиологии и биохимии растений

Физиология
растений зародилась в 17-18 вв. В трудах
итальянского биолога и врача М. Мальпиги
(1675-1679) и англ. ботаника и врача С. Гейлса
«Статика растений» (1727) наряду с описанием
структуры растительных тканей и органов
излагаются результаты ряда опытов,
доказывающих существование восходящего
и нисходящего
токов воды и питательных вв. у растений,
высказывается идея о
воздушном питании
растений.

В
1772-1782 гг. Д.
Пристли, Я. Ингенхауз и Ж. Сенебье,
дополняя друг друга, открыли
явление фотосинтеза,
т. е. способность зеленых растений
усваивать СО2
из воздуха с использованием солнечного
света.

Датой
рождения ФР как науки считают 1800
г.,
когда был издан 5-томный труд Ж. Сенебье
(швейц. ботаник) «Physiologie
vegetale»
— “Физиология
растений». Этот ученый предложил термин
«физиология растений», сформулировал
основные задачи
новой науки.

Основоположниками
физиологии растений в
России
являются Андрей Сергеевич Фаминцын
(1835-1918) и Климент Аркадиевич Тимирязев
(1843-1920).

А.
С. Фаминцын,
академик Российской академии наук, в
1867 г. организовал в Санкт-Петербургском
университете первую в России кафедру
физиологии растений, а в системе Академии
наук — лабораторию анатомии и физиологии
растений. Он автор книги «Обмен веществ
и превращение энергии в растениях»
(1883 г.) и первого отечественного учебника
по физиологии растений (1887 г.). Среди
учеников А. С. Фаминцына — Д. И. Ивановский,
открывший вирусы (1892 г.), М. С. Цвет,
разработавший принципы
адсорбционно-хроматографического
анализа (1903 г.), О. В. Баранецкий,
С. Н. Виноградский,
В. А. Ротерт, А. А. Рихтер и другие известные
ученые.

К.А. Тимирязев
— профессор Петровской земледельческой
и лесной академии (ныне Московская СХА
имени К. А. Тимирязева) и МГУ, академик
РАН. Основные исследования К.А. Тимирязева
посвящены процессу фотосинтезу, им
опубликованы труды «Жизнь растения»
(1878), «Чарльз Дарвин и его учение» (1883),
«Борьба растений с засухой» (1891),
«Земледелие и физиология растений»
(1906) и др.

Выделяют
3
этапа
развития физиологии растений.

I
этап
связан изучению почвенного корневого
питания растений.

Ван-Гельмонт
— голланд. ученый (1579- 1644} ошибочно считал
воду единственным питательным веществам
для растения (водная
теория
питания растений).

А. Теер
утверждал, что органическое вещество
растения берут непосредственно из почвы
(гумусовая
теория питания растений).

Ю.
Либих
доказывал необходимость полного
возвращения в почву всех элементов, в
том числе кремния, кроме азота, вынесенных
с урожаем. По его мнению, азот в виде
аммиака в достаточном количестве
содержится в воздухе.

Ж.
Бусенго, Г. Гельригель и М. С. Вороним
(доказал образование клубеньков на
корнях бобовых из паренхимных тканей)
в середине прошлого века (1866 г.) показали
роль
бобовых
в фиксации азота. Огромный вклад в
изучение проблемы минерального питания
внес

Д.
Н. Прянишников
(1865-1948), который всесторонне изучил
азотный
обмен
и другие вопросы минерального питания
сельскохозяйственных растений.

Дальнейшее
развитие учение о минеральном питании
получило в работах Д.А. Сабинина,
Я. В. Пейве
и др.

II
этап
— разработка проблемы превращения
энергии (изучение
фотосинтеза и дыхания).

М.
В. Ломоносов
(1711-1765) впервые высказал мысль, что
растение строит свое тело с помощью
листьев за счет окружающей атмосферы.

К.
А. Тимирязев
доказал применимость закона сохранения
энергии к процессу фотосинтеза.

Много
сделали для развития этого направления
отечественные ученые В.И. Палладии,
В. Н. Любименко, Е. Ф. Вотчал, М. А. Мойтеверде,
Н. М. Гайдуков, А.А. Красновский,
А. Н. Теренин, А. А. Ничипорович, Т. Н.
Годнев, А. Т. Мокроносов и др.

Первые
исследования дыхания растений были
проведены в конце 18 в. (А.
Лавуазье
и др.). В раскрытии химизма дыхания
ведущая роль принадлежит русским ученым
А.Н. Баху,
В. И. Палладину, С. П. Костычеву
(рус.),
О.
Варбургу
(нем.), Д.
Кейлину
(амер.) и др.

В
IX в. окончательно
сложились
основные разделы
современной физиологии растений:
фотосинтез
(Ж. Бусенго, Ю. Сакс, А. С. Фаминцын, К. А.
Тимирязев, М. С. Цвет М. Поникни и Л.
Мархлевский, А. Н. Бах), дыхание
(А. С. Фаминцын, Л. Пастор, А. Н. Бах, Г. Э.
Бертран), водный
режим
(Г. Дютроше, Г. Де Фриз, Ю. Сакс),
минеральное
питание
(Ю. Либих, Ж. Бусенго, Г. Гельригель, И.
Кноп, С. Н. Виноградский, М. В. Бейеринк,
Д. Н. Прянишников), транспорт
веществ
(В. Пфеффер, Е. Ф. Вотчал), рост
и развитие
(К). Сакс, А. С. Фаминцын О. В. Баранецкий,
А. Ф. Баталин, Н. Ф. Леваковскнй, Г. Фехтинг
Г. Клебс), движение
(Т. Найт, Ю. Сакс, Ч. Дарвин, К). Визнер В.
А. Ротерт, В. Пфеффер), раздражимость
(Б. Сандерсон, Ч. Дарвин, Н. Ф. Леваковский),
устойчивость
растений
(Д. И. Ивановский К А Тимирязев). Возникла
эволюционная
физиология
растений, устанавливающая приспособительный
к внешним условиям характер функциональных
особенностей растений (Ч. Дарвин, К.
Бернар, А. С. Фаминцын, К. А. Тимирязев).

В
первой половине XX в.
ведущим направлением физиологии растений
становится изучение биохимии
дыхания
(В. И. Палладии, Г. Виланд, С. Л. Костычев,
О. Варбург, Д. Кейлин, Т. Тунберг, Г. Кребс,
А. Корнберг и др. ) и
фотосинтеза
(Р. Вильштетер, К. Б. Ван-Ниль, К. Хилл М.
Кальвин, Д. И. Арией и др.), развиваются
фитоэнзимология,
физиология растительной клетки и
экологическая
физиология
растений (Н. А. Максимов (1880-1952) является
её основоположником). Им и его учениками
(И. И. Туманов, Ф.Д. Сказкин. В. И.
Разумов, Б. С. Мешков, Л. И. Джапаридзе,
В. Г. Александров, А.Ф. Клешнин, В. М.
Ломан, И. В. Красовская и др. выполнены
классические работы по морозоустойчивости,
засухоустойчивости, росту и развитию,
светокультуре
растений, открытие фитогормонов
(Д. Н. Нелюбов, Н. Г. Холодный, Ф. Вент, Ф.
Кегль, И.Д. Куросава и Т. Ябута, Ф. Скуг
и др.), создание гормональной
теории
роста и развития растений (Н. Г. Холодный,
М.Х. Чайлахян).

III
этап
(современный период) начинается со 2-й
половины XX в. Характерно её слияние,
интеграция с биохимией
и молекулярной биологией, биофизикой,
цитологией, анатомией и генетикой
растений, её тесная связь
с практикой.
Наряду с углублением исследований на
субклеточном и молекулярном уровнях
отличается интересом к изучению систем
регуляции,
обеспечивающих целостность растительного
организма (А. Л. Курсанов, М. Х. Чайлахян,
И. И. Гунар, В.В. Полевой, В. И. Кефели и
др.), а также дальнейшей разработкой
теоретических проблем, направленных
на решение практических
задач
с.-х. Большое внимание физиологи растений
уделяют изучению механизмов реализации
наследственной информации,
роли
мембран
в системах регуляции, механизмам
действия фитогормонов,
электрофизиологии
растений, адаптивных
реакций
растений к стрессовым воздействиям.
Развитию этих исследований способствуют
успехи в разработке и использовании
методов культуры
органов, тканей и клеток
(биотехнология)
(Р. Г. Бутенко, В. Е. Семененко, В.С. Шевелуха
и др.) В с.-х. широкое применение находят
достижения в области минерального
питания и водного обмена, химические
регуляторы роста растений, гербициды
и др. , участие в практической селекции
сортов.

Биохимия
растений
относительно молодая наука. Как
самостоятельная она сформировалась
около 150 лет назад — во 2-й половине ХIX в.
она выделилась из комплекса биологических
и химических наук, хотя её элементы были
известны ещё в глубокой древности.

В
истории развития биохимических знаний
и биохимии как науки можно выделить
4 периода:

I-й
период — (с древних времен до эпохи
Возрождения).
Это период практического использования
биохимических процессов без знания их
теоретических основ и первых, порой
примитивных, биохимических исследований.
Предпринимались попытки понять состав
и свойства отдельных в-в растительного
происхождения.

  • технологии
    производств: хлебопечение, сыроделие,
    виноделие, дубление кож.

  • приготовление
    красок.

  • причины
    болезней и причины целебных свойств
    лекарственных растений.

Х
век — Авиценна
(Ибн-Сина) в «Каноне врачебной науки»
посвятил раздел описанию многих
лекарственных в-в.

Сохранились
берестяные грамоты XI века из которых
известно, что в др. новгородцы знали
рецепты многих сложных красок
и чернил
из растений.

II-й
период —
(от начала эпохи Возрождения до 2-й
половины XIX в.
— ослабление церковного влияния на
науку).
Биохимия существует как раздел физиологии.

М. В. Ломоносов
во «Введении в истинную физическую
химию» (1752) высказывал мысли о химический
природе тканей растений и животных и
прохождении в них «химических операций».
В «Слове о явлениях воздушных» (1753) он
высказывал важные мысли о воздушном
питании растений, фотосинтезе. Он описал
ряд биохимических соединений: жиры,
эфирные масла, смолы.

К
концу VIII — началу XIX века относятся первые
наблюдения
над ферментами.

1783
г. — Спаланцанни
установил, что мясо разжижается под
действием желудочного сока хищных птиц
(переваривание пищи — химический процесс).

1814
г. — К.С.Кирфгоф
показал, что в прорастающем зерне пшеницы
содержится в-во, способное превращать
крахмал в сахар и декстрин.

1833
г. — Пайон
и Персо
выделили его из пшеницы и назвали
диастазой (амилазой), постулировали
роль ферментов как катализаторов
биохимических реакций.

1836
г. — Шванн
описал фермент пепсин.

III-й
период
(со 2-й половины XIX века — до 50-х годов ХХ
века).
Биохимия выделилась из физиологии как
самостоятельная наука.

Вклад
А. М. Бутлерова
в органическую химию. В 1861 г. представил
теорию строения органических веществ.
Впервые синтезировал лабор-м путем
сахар.

Ф. Мишер
(1868) в лаб. нем. физиолога и биохимика Ф.
Гоппе-Зейлера открыл ДНК,
но по достоинству это открытие было
оценено только спустя 100 лет.

А.С. Фаминцын
внес выдающийся вклад в биохимию
растений: «Обмен веществ и превращения
энергии в растениях» (1883).

И.
Э. Лясковским
и Ал-др Яковл. Данилевским
(1838-1923) были получены важные результаты
в исследовании химизма белков. В 1884 г.
А. Я. Данилевский с помощью ферментов
получил белково-подобные вещества. Были
сформулированы основные положения
полипептидной теории строения белков.
А. Я. Данилевский возглавил первую в
Росси кафедру биохимии в Казанском
ун-те.

Э. Фишер
(1852-1919, нем. химик-органик) несколько
позднее синтезировал ряд полипептидов.
Он сформулировал основные положения
полипептидной теории строения белков,
установил структуру, предложил формулы
и исследовал св-ва почти всех АК. Изучил
строение и ферментативные превращения
углеводов.

Начало
ХХ века характеризуется рядом
фундаментальных исследований:

  • 1903
    г.
    Нейберг
    впервые использовал название
    «биохимия».

  • 1905
    г. А.Горден
    и В.
    Ионг
    выделили фермент спиртового брожения
    «козимазу» (НАД).

  • 1911
    г. польский ученый Функ
    выделил в частом виде витамин В1.

  • 1926
    г. Самнер
    впервые получил в кристаллическом виде
    фермент уреазу и доказал, что она
    является белком.

  • 1931
    г. академик В.
    А. Энгельгардт
    открыл, что фосфорилирование сопряжено
    с дыханием. С 50-х годов начинается новый
    этап в развитии биохимии.

IV-й
период (с 50-х годов ХХ в.)
характеризуется усиленным использованием
в биохимических исследованиях физических,
физико-химических и математических
методов, активным изучением основных
жизненных процессов. Установление
химического состава растений, открытие
ферментов и выяснение их роди в обмене
веществ, открытие витаминов и гормонов,
развитие химии аминокислот и белков,
нуклеиновых кислот, жиров и углеводов
привели к формированию современной
биохимии, с развитием которой стали
создаваться единые представления об
общих закономерностях процессов обмена
веществ и превращениях энергии в
организмах.

Краткая
хронология основных открытий этого
периода в биохимии:

  • 1953
    — Уотсон
    и Крик
    — модель двойной спирали ДНК.

  • 1953
    — Ф.Самнер
    — расшифровал АК последовательность
    белка инсулина.

  • 1959,
    1960 — А.С.Спирин и П.Доти установили втор.
    и трет. структуру р-РНК.

  • 1961
    — М.Ниренберг
    расшифровал первый триплет- код белкового
    синтеза.

  • 1966
    — П.Митчел
    разработал хемиосмотическую теорию
    сопряжения окисления и фосфорилирования.

  • 1969
    — Р.Мерифильд синтезировал фермент
    рибонуклеазу.

  • 1977
    — Ф.Самнер полностью расшифровал первич.
    структуру молекулы ДНК (фага).

Работы
русских и советских ученых оказали
огромное влияние на развитие биохимии.

К.
А. Тимирязева
(1843-1920) в области фотосинтеза,
физики и химии хлорофилла;

М.
С. Цвета,
который разработал хроматографический
анализ, изучал хлорофилл и растительные
каротиноиды; С. И. Виноградского по
биохимии микробов; Д. И. Ивановского,
открывшего фильтрующиеся вирусы.

А.
Н. Бах, В. И. Палладии, С. П. Костычев,
И.И. Иванов, А. Н. Лебедев
выполнили важнейшие фундаментальные
работы по выяснению химизма
процессов спиртового брожения и дыхания.

Д.
Н. Прянишников
является основоположником современных
представлений о роли азота в жизни
растений и обмене
азотистых соединений
в них.

А.
И. Опарин
обосновал биохимические основы
происхождения жизни на Земле.

Под
руководством академика А.
Н. Баха
в России была создана техническая
биохимия: производство лимонной кислоты
(С.
П. Костычев, В. С. Буткевич),
производство чая (А.Л.
Курсанов),
усовершенствованы виноделие (А.И.
Опарин),
хлебопечение (В.Л.
Кретович),
ферментация табака (А.
И. Смирнов),
получение витаминов из растительного
сырья (В.
Н. Букин)
и т.д. В настоящее время биохимия растений
во многих вопросах успешно интегрируется
с физиологией растений.

Интенсивно
изучаются биохимические особенности
важнейших с.-х. растений. В этом отношении
большую роль сыграли работы И.И. Иванова
и ряда других советских ученых. В
настоящее время проблемы сельскохозяйственной
биохимии растений разрабатываются во
многих научных учреждениях: Институте
биохимии имени А. Н. Баха, Институте
физиологии растений имени К. А. Тимирязева,
Институте химии природных соединений,
институтах биохимии многих республик,
на кафедрах биологической химии
университетов и в сельскохозяйственных
учебных заведениях.

«Физиология растений в системе современных биологических знаний и наук»

По материалам научно-методического семинара с международным участием

Харьков, Украина

20 марта 2013 года

Научно-методический семинар с международным участием «ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ В СИСТЕМЕ СОВРЕМЕННЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ И НАУК» состоялся 20 марта 2013 года в г. Харькове (Украина) на базе кафедры физиологии и биохимии растений Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина.

Во второй половине ХХ века и в первое десятилетие ХХI века биология растений бурно развивается, что связано с использованием современных молекулярно-биологических и молекулярно-генетических методов исследований закономерностей жизнедеятельности растений. Расшифровка генома ряда растений, выявление функций отдельных генов, микроРНК и другие достижения «спровоцировали» возникновение и формирование транскриптомики, протеомики, метаболомики, биоинформатики, системной (интегративной) биологии. Создание совершенных приборов, позволило исследовать закономерности протекания различных процессов на клеточном и мембранном уровнях. Несомненно, что эти достижения существенно расширяют исследовательские возможности фитофизиологов, углубляют понимание биологической природы процессов регуляции роста и развития растений, но, преимущественно, на уровне ее генетических механизмов. Вместе с тем, весьма существенную трудность представляет исследование взаимосвязи этих механизмов с протеканием физиологических процессов на организменном уровне.

Научно-методический семинар проводился при поддержке Министерства образования и науки, молодежи и спорта Украины, Украинского общества физиологов растений и биологического факультета Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. В работе научно-методического семинара приняло участие более 70 специалистов фитофизиологов из учебных и научных учреждений Украины, России и Казахстана. Участники семинара представляли классические и аграрные университеты Украины (Киев, Харьков, Львов, Донецк, Днепропетровск, Одесса, Ужгород, Симферополь, Нежин, Луганск), России (Москва, Санкт-Петербург, Ростов-на-Дону), Казахстан (Алматы), а также научные институты (Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Институт клеточной биологии и генетической инженерии НАН Украины, Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского НААН Украины, Институт физиологии растений имени К. А. Тимирязева РАН). В работе семинара непосредственно приняли участие коллеги (преподаватели) из Киевского национального университета имени Тараса Шевченко (кафедра физиологии и экологии растений), Львовского национального университета имени Ивана Франка (кафедра физиологии и экологии растений), Днепропетровского национального университета имени Олеся Гончара (кафедра физиологии и интродукции растений), Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (кафедра физиологии растений), Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина (кафедра физиологии и биохимии растений; кафедра ботаники и экологии растений) и Харьковского национального аграрного университета имени В.В. Докучаева (кафедра ботаники и физиологии растений).

Научно-методический семинар проходил в формате круглого стола. Модератором дискуссии был заведующий кафедрой физиологии и биохимии растений ХНУ им. В.Н. Каразина, доктор биологических наук, профессор В.В. Жмурко, экспертами – заведующий кафедрой физиологии и экологии растений Киевского национального университета имени Т. Шевченко, доктор биологических наук, профессор Таран Н.Ю., заведующий кафедрой физиологии и экологии растений Львовского национального университета им. И. Франка, доктор биологических наук, профессор Терек О.И., заведующий кафедрой физиологии и интродукции растений Днепропетровского национального университета им. О. Гончара, доктор биологических наук, профессор Лихолат Ю.В. и заведующий кафедрой ботаники и физиологии растений Харьковского национального аграрного университета им. В.В. Докучаева, доктор биологических наук, профессор Ю.Е. Колупаев, участники семинара – преподаватели, специалисты в области биологии растений, а также студенты и магистранты. Рабочими языками семинара были украинский и русский. На обсуждение были вынесены следующие вопросы:

1. Интегративная роль фитофизиологии в системе наук о растении

  • современная и классическая физиология растений – их взаимосвязь

  • молекулярно-биологическая фитофизиология – новая парадигма науки

  • связь академичsеской и вузовской науки

2. Подготовка специалистов в области физиологии растений

  • кафедры физиологии растений как центры подготовки

  • преподавание физиологии растений в аграрных вузах

  • вопросы качества образования: сочетание фундаментальных знаний с их практической ориентацией

  • организация учебного процесса

  • связь среднего и высшего образования в области биологии растений

  • проблемы трудоустройства

  • проблемы финансирования

Профессор В.В. Жмурко, открывая работу семинара, представил его участников, кратко ознакомил с содержанием присланных тезисов и очертил круг планируемых для обсуждения вопросов. В своем выступлении докладчик подчеркнул актуальность определения места современной физиологии растений в системе биологических знаний и наук, поскольку это необходимо для совершенствования подготовки специалистов в области физиологии растений (знать «кого готовить и для кого»). По его мнению, особо важным и весьма сложным вопросом является определение уровня насыщения нормативного курса «Физиология растений» современными молекулярно-биологическими данными в протекании физиолого-биохимических процессов с тем, чтобы не «потерять» сущность и значимость «классической» физиологии для подготовки бакалавров-биологов.

Профессор Н.Ю. Таран представила физиологию растений как интегральную составляющую современного образования в ВУЗах Украины. В докладе была дана оценка современного состояния в области подготовки физиологов растений на Украине. Постановлением кабинета министров Украины от 27 августа 2010 года № 787 по представлению биологического факультета Киевского национального университета имени Т. Шевченко специальность «Физиология растений» (7.04010210 и 8.04010210) введена в список специальностей, по которым осуществляется подготовка специалистов и магистров в ВУЗах Украины. Лицензию на подготовку специалистов и магистров физиологов растений уже получили кафедры физиологии растений четырех ВУЗов страны.

Проблемы и перспективы физиологии растений в высших аграрных учебных заведениях страны были освещены в докладе профессора Ю.Е. Колупаева. Сокращение в стандартах высшей школы часов на изучение физиологии растений, отсутствие отдельных кафедр по данному направлению науки, надлежащего кадрового обеспечения, научной работы в области физиологии растений большинства кафедр агроуниверситетов – основной набор проблем, который, по мнению докладчика, создает эффект «замкнутого круга» – одна проблема порождает или усиливает другую. Решение этих проблем невозможно без системных изменений в высшем образовании и науке на государственном уровне.

Основные этапы подготовки специалистов физиологов растений во Львовском национальном университете имени Ивана Франка были освещены профессором О.И. Терек. История кафедры физиологии и экологии растений Львовского национального университета начинается с 1907 г. – от создания биолого-ботанического института Львовского королевского университета имени Франца І. Сегодня это выпускающая кафедра подготовки бакалавров по направлению «Биология», специалистов и магистров по направлению «Физиология растений». Также на кафедре постоянно осуществляется подготовка специалистов высшей квалификации через аспирантуру по специальности 03.00.12. – «Физиология растений».

О революционной истории создания, становления и развития, а также современного состояния кафедры физиологии и интродукции растений в Днепропетровском национальном университете имени Олеся Гончара рассказал профессор Ю. В. Лихолат. На кафедре осуществляется подготовка специалистов по двум специализациям — «физиология растений» и «ландшафтный дизайн».

Кафедра физиологии и биохимии растений Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина — одна из старейших кафедр физиологии растений на территории СНГ — была основана в 1889 году выдающимся анатомом, физиологом и биохимиком растений В.И. Палладиным. Сегодня на кафедре ведется подготовка специалистов и магистров по двум специализациям «Физиология и биохимия растений» и «Микробиология и вирусология». Об истории и современности, основных научных направлениях исследований, особенностях специальной подготовки и трудоустройстве выпускников на кафедре ФБР рассказали доценты кафедры О.И. Винникова и В.Ф. Тимошенко.

Организация учебного процесса в преподавании физиологии растений была следующим тематическим направлением работы семинара. Коллеги обменялись мнениями и обсудили вопросы, связанные с унификацией учебных планов, распределением общих и аудиторных часов, организацией и проведением специальных практикумов с использованием современного оборудования, проведением «виртуальных» интернет-занятий и т. д. С докладом «Биохимическое домино» как новый методический подход в преподавании функциональной биохимии растений» выступила ст. преп. кафедры физиологии растений МГУ имени М.В.Ломоносова к.б.н. Е.А. Лабунская. Был предложен разработанный сотрудниками кафедры метод закрепления знаний метаболических циклов, связанных с дыханием и фотосинтезом, протекающих в растительном организме с помощью настольной игры «биохимическое домино».

В ходе работы семинара была организована выставка учебной и учебно-методической литературы в области биологии растений: физиологии, биохимии, экологии, биотехнологии и т.д. На выставке были представлены современные учебники по физиологии и биохимии растений, учебные пособия по отдельным разделам классической физиологии, учебно-методические пособия для проведения малого и большого практикума и другая учебная литература. После окончания семинара для участников была организована экскурсия в Музей истории ХНУ им. В.Н. Каразина.

По материалам семинара издан сборник тезисов, где опубликовано 45 работ по трем разделам:

  • Интегративная роль фитофизиологии в системе наук о растении,

  • Подготовка специалистов в области физиологии растений,

  • Современные направления исследований физиологии растений.

По итогам научно-методического семинара участниками была принята резолюция, где были сформулированы рекомендации для возможного решения обсуждаемых проблем:

  • в области связи академической и вузовской науки: создание филиалов кафедр, исследовательских межведомственных лабораторий на базе НИИ и университетских кафедр для прохождения ознакомительных практик студентов, а также выполнения курсовых, бакалаврских и дипломных работ;

  • в области совершенствования теоретического нормативного и специальных курсов: включение в программу нормативного курса вопросов о закономерностях протекания физиологических процессов на молекулярной уровне; разработать концепцию или программу специального курса «Физиологические функции генома растений», «Системная биология в физиологии растений» или «Молекулярно-биологические механизмы физиологических процессов»;

  • в области организации учебного процесса: общая стратегия – усиление практической подготовки студентов для работы в современных физиолого-биохимических лабораториях;

  • в области решения проблем связей, контактов, коммуникаций, обмена мнениями: регулярно проводить научно-методические семинары по вопросам совершенствования подготовки специалистов в области физиологии растений на базе ведущих кафедр и научно-исследовательских учреждений.

 

О.А. Авксентьева, В.В. Жмурко

Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина

История физиологии растений | Encyclopedia.com

Физиология растений связана с жизненными процессами растений и с самого начала была сосредоточена в основном на высших зеленых наземных растениях, автотрофных (самопитающихся) растениях, которые кормят нас животными. Отчасти физиология растений уходит корнями в сельское хозяйство.

Центральный вопрос физиологии растений: как растения растут, развиваются и размножаются? Когда первобытные люди собирали семена и начали выращивать пищевые растения, они, должно быть, заметили, что растениям нужен солнечный свет, тепло и влажная (но не мокрая) почва с хорошей плодородностью, и что семена сильных растений дают сильные растения. Они наблюдали благотворное влияние навоза (упоминается в Библии; Луки 13:8). Столетия сельскохозяйственной практики привели к появлению улучшенных сортов и культурных методов, а ранние исследования физиологии опирались на эти базовые знания о росте растений и общей анатомии.

Ранние эксперименты по выращиванию

Один из первых физиологических вопросов заключался в том, откуда растение получает материал, из которого оно растет. В начале 1600-х годов Ян ван Гельмонт, бельгийский врач, решил, что источником должна быть только вода. Ван Гельмонт вырастил саженец ивы на 200 фунтах почвы и добавил только дождевой воды. Дерево весом 164 фунта было произведено с потерей всего 57,1 грамма (2 унции) почвы. Он знал о двуокиси углерода, но никогда не думал, что диффузный газ может производить ивовую древесину.

В следующем столетии Антуан Лавуазье нашел органическое вещество должно состоять в основном из углерода и кислорода. Джозеф Пристли, Ян Ингенхауз и Жан Сенебьер продемонстрировали, что листья растений на свету поглощают углекислый газ и выделяют эквивалентное количество кислорода. Позже Николя де Соссюр заметил, что в процессе участвовала вода. В темноте происходило обратное — растения дышали подобно животным, поглощая кислород и выделяя углекислый газ. Дж. Р. Майер заметил, что в этом процессе световая энергия преобразуется в химическую энергию органического углерода. Таким образом, рост сеянцев в темноте или корней в почве происходил за счет этой энергии. Поэтому к девятнадцатому веку фотосинтез, хотя и не понятый биохимически,
был установлен как первичный и существенный синтетический процесс в росте растений.

Питание и транспорт

В своем эксперименте ван Гельмонт не придал значения потерям двух унций почвы. Однако, начиная с конца 1700-х и до середины 1800-х годов, Юлиус Сакс и другие использовали химические анализы, чтобы установить, что количественно незначительные составляющие почвы азота, калия, фосфата, серы и других элементов имеют большое значение для роста растений. Давно признанная важность навоза связана с содержанием в нем этих неорганических питательных веществ, особенно азота. Было обнаружено, что их можно добавлять в почву в виде неорганических солей, таких как нитрат калия. Органический материал навоза или остатки его разложения способствовали улучшению пашни или структуры почвы, но не давали питательных веществ. Эти открытия привели к современному использованию химических удобрений в сельском хозяйстве.

Как насчет значительной потери воды из почвы? Ван Гельмонту приходилось постоянно поливать свою иву гораздо большим количеством воды, чем в конечном итоге впитало дерево. В 1727 году английский священник и физиолог-любитель Стивен Хейлз опубликовал Vegetable Staticks, отчет о его новаторских исследованиях транспирации, роста и газообмена растений. Хейлз продемонстрировал, что вода из почвы движется вверх по стеблям к листьям, где она теряется в виде водяного пара — процесс, называемый транспирацией. Последующие исследования девятнадцатого и начала двадцатого веков показали, что вода диффундирует через устьиц (единственное устьица), поры эпидермиса листа (внешний слой клеток листа).

При наличии света и достаточного количества воды две клетки, ограничивающие стому, раздуваются, открывая поры для диффузии газа; в сухих условиях клетки становятся дряблыми, и поры закрываются, сохраняя воду. Капиллярные силы, возникающие в микроскопических порах мезофилла листа (внутренние зеленые фотосинтезирующие клетки), с некоторым вкладом осмос , тянуть столбы воды вверх по открытым сосудам и трахеидам ксилемы (дерево), несущие питательные соли от корней. Когерентность между молекулами воды и их прилипание к клеточным стенкам предотвращает разрыв натянутых водяных столбов даже в деревьях большой высоты. Эта схема была впервые предложена в 1895 году Генри Диксеном и Джоном Джоли. Многочисленные исследователи в двадцатом веке подтвердили и усовершенствовали эту транспортную теорию «сплоченности-напряжения».

Хейлз также измерил корневое давление (вынужденное кровотечение) обезглавленных растений. Последующая работа показала, что в условиях хорошей влажности и аэрации почвы корни активно выделяют высокие концентрации соли в корневую ксилему, создавая высокое осмотическое давление, которое выталкивает воду вверх по стеблю и через поры на кончиках листьев (гуттация). В 1926, Э. Мунк предложил аналогичный механизм для транслокации , перемещения сахаров из листьев в корни и другие части растений. Этот механизм известен как модель потока под давлением.

Клеточная и молекулярная физиология растений

К двадцатому веку физиологи растений все чаще обращались к химии и физике за помощью в решении фундаментальных вопросов. Они тоже
создали свои собственные общества с журналами для публикации своих результатов, что оказало каталитическое воздействие на повышение уровня и объема исследований. Было обнаружено, что большая часть фундаментальной биохимии роста и функционирования клеток, известная из более обширных медицинских, животных и микробиологических исследований, применима к растительным клеткам. Анатомические исследования предоставили структурные детали, подтверждающие физиологические данные, а субмикроскопическая структура клеток была обнаружена с помощью электронного микроскопа.

Установлены все минеральные питательные вещества, необходимые для роста растений. Ключ к их избирательному поглощению из почвы и транспортировке в ксилему корня, как оказалось, лежит в энергозатратном механизме накачки протонов (ион водорода ) в клеточных мембранах.

Экологические, гормональные и генетические факторы, влияющие на рост и развитие, были тщательно изучены, но еще многое предстоит узнать. Этилен, простой двухуглеродный газ, вырабатываемый растениями, инициирует созревание плодов и регулирует аспекты прорастания семян. Установлено, что фототропизмы (изгиб в ответ на односторонний свет, исследовал Чарльз Дарвин) и геотропизмы (рост корня вниз, рост стебля вверх) обусловлены смещением клеточного роста гормон , или ауксин. В некоторых случаях ауксины также могут вызывать деление клеток (образование корней у стеблевых черенков). Другие гормоны, гиббереллины, регулируют деление клеток на верхушке стебля и активируют образование фермента при прорастании семян.

Попытки культивирования растительных тканей привели к открытию дополнительных гормонов клеточного деления, цитокининов. Другой тип гормона, абсцизовая кислота, инициирует старение и опадение листьев осенью и вызывает закрытие устьиц при водном стрессе. В настоящее время обнаруживаются и исследуются дополнительные соединения, регулирующие рост, но согласованная картина взаимодействия гормонов отсутствует.

Открыт фотопериодизм, регуляция цветения длиной дня. Было обнаружено, что движения во сне, такие как опускание листьев фасоли вечером, контролируются биологическими «часами», циркадным ритмом, а не наступлением темноты. В 1952 году был открыт фитохром, который оказался пигментом в центре фотопериодизма.

В последние годы произошел значительный сдвиг в сторону молекулярной генетики в попытках локализовать гены, ответственные за физиологические процессы. При фотосинтезе структура хлорофилла определена и локализована во внутренних мембранах хлоропластов клеток мезофилла. Красная и синяя части светового спектра оказались эффективными, что привело к открытию того, что требуются две световые реакции. В 19В 30-х годах Ч. Б. ван Нейл использовал радиоактивную воду, чтобы показать, что вода, а не углекислый газ, является источником кислорода, высвобождаемого в процессе фотосинтеза. Было обнаружено, что сахар синтезируется в строме (жидкой части) хлоропласта, а молекулярные детали его образования были разработаны Мелвином Кальвином и Эндрю Бенсоном. Было обнаружено, что все растительные клетки дышат, и этот процесс выделения энергии практически такой же, как и у животных, с участием другой мембранной органеллы , митохондрии, и выделяет метаболическую энергию, доступную для транспортных реакций и синтеза клеточного вещества.

Было обнаружено, что образование жиров и масел из углеводов аналогично таковому у животных, но растения обладают дополнительной способностью превращать масла в прорастающих семенах в углеводы, такие как глюкоза , используемая в целлюлозе
формирование стены. Исследованы симбиотические взаимоотношения растений и микроорганизмов, в частности, в случаях пониженного образования азота из атмосферного азота клубеньковыми бактериями.

В конце двадцатого века небольшой горчичный завод Arabidopsis thaliana занял центральное место в попытке ученых понять геномы растений . Полная последовательность этого генома была установлена ​​в 2000 году международным консорциумом генетиков растений.

см. также Установки C4 и CAM; Де Соссюр, Николя Теодор; Гормоны, Растение; Ингенхаус, Ян; фотопериодизм; Ритмы растительной жизни; Движение воды в растениях

Джон Хэнсон

Библиография

Деннис Д. Т. и Д. Х. Терпин. Физиология растений, биохимия и молекулярная биология . Харлоу, Эссекс, Великобритания: Longman Group, 1990.

Солсбери, Ф. Б. и К. В. Росс. Физиология растений, 3-е изд. Бельмонт, Калифорния: Wadsworth Publishing, 1985.

Тайз Линкольн и Эдуардо Зейгер. Физиология растений, 2-е изд. Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, 1998.

History of Botany – BioExplorer.Net

Содержание

  • History of Botany – Timeline
    • В течение 17-го века
    • В течение 17-го века
    • в течение 18-го века
    • В течение 19-го века
    • Двадцатый век до нынешних
    • Top 12 News для 2017
    • 15 Последние изобретения в ботане для ботатаней для ботани. 2018
    • 10 лучших открытий ботаники в 2019 году
    • 10 лучших новостей ботаники в 2020 году
    • 15 лучших новостей ботаники в 2021 году
    • Ссылки

Ботаника – это систематическое и научное изучение растений. Эта область в основном фокусируется на их структуре и биохимия , физиологические процессы, происходящие в них, а также их взаимоотношения с окружающей средой и другими организмами.

История ботаники восходит к 4 веку до н.э. Любопытство человека к растениям привело к множеству открытий в Ботаника , которые во многом повлияли на нашу нынешнюю жизнь. В настоящее время уже возникли различные подполя ботаники. К ним относятся следующие: патология растений, экология растений, палеоботаника и судебная ботаника .

Но, несмотря на то, что термин «растение» стал дисциплиной, определение термина «растение» остается расплывчатым и нуждается в дополнительных разъяснениях. Ботаники часто описывают растения более широко, используя многоклеточные эукариотические организмы, которые не имеют органов чувств и имеют в завершенном виде корень, стебель и листья.

В течение 17-го века -го -го века

4 -го -го века до н. э.: Благодаря своему вкладу Теофраст был провозглашен « Отец ботаники » из-за его двух сохранившихся работ по изучению растений. Хотя Аристотель также писал о растениях, большее признание он получил благодаря своим исследованиям животных.

В 60 г. н.э.: Диоскорид написал De Materia Medica . В этой работе описаны тысячи лекарств, большинство из которых получены из растений. В течение 1500 лет он оставался путеводителем по лекарствам в западном мире, пока не был изобретен составной микроскоп.

Цитата: “ Медицина иногда дарует здоровье, иногда губит его, показывая, какие растения полезны, какие вредят. »

В течение 17 го Века

В начале 17 го века: На короткий период поиск знаний в области Ботаники временно застопорился. Однако возрождение науки во время европейского Ренессанса возобновило интерес к растениям.

Количество научных публикаций увеличилось.

1640:     Йоханнес ван Гельмонт измерил поглощение воды деревом. Brittanica.com поясняет (см. раздел «Основные эксперименты »): « В одном из своих самых известных экспериментов ван Гельмонт поместил 5-фунтовую (около 2,2 кг) иву в глиняный горшок, содержащий 200 фунтов (около 90 кг) ивы. ) высушенной почвы, и в течение пяти лет он не добавлял в горшок ничего, кроме 90 135 дождевой воды 90 136 или дистиллированной воды. Через пять лет он обнаружил, что дерево весило 169 г.фунтов (около 77 кг), а почва потеряла всего 2 унции (57 граммов). Он пришел к выводу, что «164 фунта дерева, коры и корней возникли только из воды», и даже не включил вес листьев, которые опадают каждую осень. ”

1665:    Роберт Гук изобрел микроскоп. Благодаря этому Роберт Гук имел возможность внимательно рассмотреть, как выглядит клетка. Его описание этих клеток было опубликовано в Micrographia . Однако в клетках, которые видел Гук, не было признаков ядра и других органелл, присутствующих в большинстве живых клеток (Rhoads 2007).

1674:     Антон ван Левенгук увидел под микроскопом живую клетку. До его открытия существование одноклеточных организмов было неизвестно и поначалу встречалось скептически.

 

1686:     Джон Рэй опубликовал свою книгу Historia Plantarum. Это стало важным шагом на пути к современной таксономии (Arber 2010).

1694:      Рудольф Камерариус установил сексуальность растений в своей книге под названием De Sexu Plantarum Эпистола . Там он заявил, что: « Никакие семязачатки растений никогда не могли развиться в семена из женского столбика и завязи без предварительной подготовки пыльцой тычинок, мужских половых органов растения ».

 

 

В течение 18 го Века

1727: Стивен Хейлз успешно создал науку физиологии растений. Свои опыты по питанию и дыханию растений он опубликовал в своем издании под названием 9.0143 Овощные статики. Он разработал методы измерения площади, массы, объема, температуры, давления и даже силы тяжести растений.

 

1758:  Карол Линней (Карл фон Линней), « Отец таксономии », представил науку таксономию, которая занимается идентификацией, номенклатурой, описанием и классификацией организмов (видов). Его классификация основана на том факте, что вид был наименьшей единицей, а каждый вид (таксон) относился к более высокой категории (Farabee 2001).

1760-е:    Ботаника получила еще большее распространение среди образованных женщин, которые рисовали растения, посещали занятия по классификации растений и собирали гербарные образцы. Однако их исследование было сосредоточено на целебных свойствах растений, а не на воспроизводстве растений. Женщины начали публиковаться на ботанические темы, и появились детские книги по ботанике (Mason 2016).

Приз, полученный за период исследования, был накоплен в садах и гербариях. И задача их систематической каталогизации была возложена на систематиков.

Поздняя часть восемнадцатого века: Джозеф Пристли заложил основы химического анализа метаболизма растений. Джозеф Пристли опубликовал свои работы под номером Experiments and Observations on Different Kinds of Air в 1774 году. Опубликованная статья показала, что зеленые растения поглощают «связанный воздух» (двуокись углерода) из атмосферы, выделяют «газ» или «дефлогистированный воздух». », который теперь известен как кислород, и что этот газ необходим для жизни животных (Ладья 1964).

В течение 19 го века

Начало девятнадцатого века: Был достигнут прогресс в изучении окаменелостей растений.

1818:     Хлорофилл был открыт.

1840:      Успехи были достигнуты в изучении болезней растений из-за фитофтороза, который убил урожай картофеля в Ирландии. Это привело к дальнейшему изучению болезней растений (Richman 2016).

1847:     Процесс фотосинтеза впервые объяснил Майер. Однако точный и подробный механизм оставался загадкой до 1862 года.

1859: Чарльз Дарвин предложил свою теорию эволюции и адаптации, или, как ее чаще называют, «выживания наиболее приспособленных» (kenyon.edu 2016).

Чарльз Дарвин и Альфред Рассел Уоллес сотрудничали. Вскоре Дарвин опубликовал свою известную и широко известную книгу «Происхождение видов путем естественного отбора».

Примерно в то же время Грегор Мендель проводил эксперименты по наследованию растений гороха.

Грегор Мендель стал « отцом генетики ».

1862:     Точный механизм фотосинтеза был открыт, когда было замечено, что крахмал образуется в зеленых клетках только в присутствии света.

1865:     Результаты экспериментов Менделя в 1865 году показали, что оба родителя должны передавать различные физические факторы, кодирующие информацию, своим потомкам при зачатии. Затем потомство наследует по одной единице каждого признака от каждого из своих родителей (Richman 2016)

Двадцатый век до настоящего времени

Начало 20 го Века: фиксация, аммонификация, Процесс азотирования.

1903:     Открыты два типа хлорофилла — а и b. Узнайте больше здесь.

1936:     Своим экспериментом Александр Опарин продемонстрировал механизм синтеза органических веществ из неорганических молекул. Обратитесь к противоречивому наблюдению за его выводами в более поздние годы.

1940-е годы:    Экология стала отдельной дисциплиной. Технологии помогли специалистам в области ботаники увидеть и понять трехмерную природу клеток и генной инженерии растений. Это значительно улучшило сельскохозяйственные культуры и продукты (Arber 2010).

До сих пор изучение растений продолжается, поскольку ботаники пытаются понять структуру, поведение и клеточную активность растений. Это стремление заключается в выращивании более качественных культур, поиске новых лекарств и изучении способов поддержания экологического баланса на Земле для поддержания как растительной, так и животной жизни (Мейсон, 2016 г.).

12 лучших новостей ботаники за 2017 год

Ботаника — это научное исследование растений, их анатомии, строения, генетики, экологии, распространения и таксономии. Каждый год в мире растений происходит множество инноваций, прорывных открытий и технологических достижений. Давайте рассмотрим 12 главных новостей ботаники в 2017 году.

15 последних изобретений в ботанике На 2018 год

Ботаника стала еще более увлекательной, чем в предыдущие века. Вот 15 интересных и последних изобретений в ботанике на 2018 год.0003

Топ-10 ЛУЧШИХ открытий ботаники в 2019 году

Биология растений, вероятно, может стать одной из самых многообещающих областей в будущем. Вот 10 лучших открытий ботаники в 2019 году.

10 лучших новостей ботаники в 2020 году

Если мы посмотрим на текущие открытия в ботанике, станет ясно, что наука о растениях сейчас действительно процветает. Вот 10 главных новостей ботаники в 2020 году.

15 лучших новостей ботаники за 2021 год

Главные новости ботаники за 2021 год дают нам глубокое представление о наших последних достижениях в ботанике и науке о растениях, связанных с эволюционным аспектом, сохранением эндемичных видов, глобальным потепление и механизм борьбы с ним.

Ссылки

  • Арбер, Агнес. «РАННЯЯ ИСТОРИЯ БОТАНИКИ». Травы: их происхождение и эволюция , 2010: 1-2.
  • Фараби, М. Развитие эволюционной теории. 2001. https://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookEVOLI.html  (по состоянию на 22 июля 2016 г.).
  • статей JRank. e: Ботаника — История ботаники — Растения, растения, исследования и век. 2016 г. http://science.jrank.org/pages/996/Botany.html (по состоянию на 24 июля 2016 г.).
  • kenyon.edu. История генетики. 2016. http://biology.kenyon.edu/courses/biol114/Chap01/history_genetics.html (по состоянию на 22 июля 2016 г.).
  • Кумар, Пунам. Введение в ботанику. 2016. http://www.peoi.org/Courses/Coursesen/bot/frame1.html (по состоянию на 23 июля 2016 г.).
  • Мейсон, М.Г. Введение в ботанику. 2016 г. http://www.environmentalscience.org/botany (по состоянию на 23 июля 2016 г.).
  • Роудс, Дэн.