Методы физиологии и биохимии растений и уровни исследовании. Методы физиологии растений

1.Задачи физиологии растений. Теоретическая и практическая значимость физиологии растений.

Физиология растений — наука о функциональной активности растительных организмов, знание основных закономерностей жизнедеятельности растений делает физиологию растений теоретической основой рационального земледелия. Таким образом, перед современной физиологией растений стоят задачи, имеющие как теоретическое, так и практическое значение. В обобщенном виде эти задачи можно сформулировать следующим, образом:1) изучение закономерностей жизнедеятельности растений (механизмы питания, роста, движения, размножения),2) разработка теоретических основ получения максимальных урожаев сельскохозяйственных культур, 3) разработка установок для осуществления процессов фотосинтеза в искусственных условиях. Первая задача заложена в определении самой физиологии растений. Помимо изучения специфических функций, растительные объекты в ряде случаев оказываются чрезвычайно удобными для изучения общих фундаментальных явлений жизни, таких, как трансформация энергии, немышечные формы подвижности, биоэлектрические и гормональные взаимодействия. Поэтому все большее число биохимиков и биофизиков предпочитают иметь дело именно с растением, что предопределяет дальнейший расцвет физиологии растений. Вторая задача остается наиболее актуальной, так как рост населения нашей планеты и сокращение посевных площадей из-за урбанизации и развития промышленности оставляют лишь один путь — путь интенсификации сельскохозяйственного производства. Причем со временем речь будет идти не только о пищевых, технических, лекарственных и декоративных культурах, но и о выращивании растений на биомассу для получения топлива, а также белка и других органических продуктов. Третья задача в настоящее время кажется фантастической. Однако вряд ли люди, овладев тайнами биологического фоторазложения воды на водород (который является идеальным топливом) и кислород и принципами фотосинтеза органических кислот и сахаров, не попытаются осуществить эти процессы сначала в лабораторных, а затем в промышленных установках. Это откроет перспективу получения топлива и замены сельского хозяйства промышленным производством продуктов питания и материалов.

Задачи: Изучение закономерностей ж/д растений, главная задача: Разработка биохимимической теории корневого питания растений в целях эффективного использования минеральных удобрений и повышения плодородия; выяснение механизма фотосинтеза; раскрытие механизма биологической фиксации N атмосферы и использования его высшими растениями; разработка приемов продуктивного использования воды растениями; изучение молекулярно-биологических основ развития растительных органов в целях управления этими процессами; исследование системы регуляции и регулятивных функций растений; изучение процессов и механизмов распределения ассимилятов в онтогенезе растений в целях направленного формирования урожаев; развитие научных основ получения физиологически активных в-в и применение их в растениеводстве.

2. История развития физиологии растений как науки. Роль отечественных учёных в развитии физиологии растений.Физиология растений зародилась в 17-18 вв. Датой ее рождения как науки считают 1800 г., когда был издан пятитомный труд швейцарского ботаника Ж. Сенебье «Физиология растений». Этот ученый предложил термин «физиология растений», сформулировал основные задачи новой науки. Основоположниками физиологии растений в России являются Фаминцын (1835—1918) и Тимирязев (1843—1920). 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, прообраз современного Института физиологии растений АН России. Он автор книги «Обмен веществ и превращение энергии в растениях» (1883 г.) и первого отечественного учебника по физиологии растений (1887 г.). Среди учеников Фаминцына Ивановский, открывший вирусы (1892 г.), Цвет, разработавший принципы адсорбционно-хроматографического анализа (1903 г.), Баранецкий, Виноградский, Рихтер и другие известные ученые. Тимирязев — профессор Петровской земледельческой и лесной академии (ныне Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева) и Московского государственного университета, академик РАН. Основные исследования Тимирязева посвящены процессу фотосинтеза. Для проведения опытов он сконструировал ряд оригинальных приборов. Он установил зависимость фотосинтеза от интенсивности света и его спектрального состава, показал, что ассимиляция растениями углерода из C02воздуха происходит за счет энергии солнечного света, главным образом красных и синих лучей, поглощаемых хлорофиллом. Также доказал применимость к процессов фотосинтетического закона сохранения энергии и 1принципа фотохимии. В 1867г.Т.заведовал опытным полем в Симбирской губернии, где проводил опыты, связанные с действием минеральных удобрений на урожай. Им опубликованы труды «Жизнь растения» (1878), «Чарльз Дарвин и его учение» (1883), «Борьба растений с засухой» (1891), «Земледелие и физиология растений» (1906).

Условно выделяют три этапа развития физиологии растений. Первый этап — разработка основ корневого питания, второй этап — разработка проблемы превращения энергии, третий этап — современный период. Физиология растений сначала развивалась как наука о почвенном питании. Первый этап. Огромный вклад в изучение проблемы минерального питания внес Прянишников (1865—1948), который всесторонне изучил азотный обмен и другие вопросы минерального питания сельскохозяйственных растений. Дальнейшее развитие учение о минеральном питании получило в работах Сабинина, Пейве. Второй этап. Ломоносов (1711—1765) впервые высказал мысль, что растение строит свое тело с помощью листьев за счет окружающей атмосферы. В 1772—1782 гг. Пристли, Ингенхауз и Сенебье, дополняя друг друга, открыли явление фотосинтеза. Тимирязев доказал применимость закона сохранения энергии к процессу фотосинтеза. Много сделали для развития этого направления отечественные ученые Палладии, Любименко, Гайдуков, Красновский, Теренин, Ничипорович, Годнев. Третий этап. На этом этапе наряду с углублением исследований на субклеточном и молекулярном уровнях отличается интересом к изучению систем регуляции, обеспечивающих целостность растительного организма (Курсанов, Чайлахян, Гунар, Полевой, Кефели), а также дальнейшей разработкой теоретических проблем физиологии, направленных на решение практических задач сельского хозяйства.

Ф.р. сначала развивалась как наука о почвенном питании, позже она начала изучать воздушную среду как материальный источник существования зеленых растений. Открытие основного закона сохранения материи и энергии было основой для дальнейшего развития ф.р. В 18в.Ломоносов высказал мысль, что растения формируются с помощью листьев за счет окружающей атмосферы. Он впервые сформулировал идею о воздушном питании растений. Французский агрохимик и физиолог Буссенго, который впервые стал выращивать растения в специальных вегетационных сосудах, опроверг ошибочные предположения Либиха(о гумусной теории).Бусс.и Гелиригель установили способность бобовых усваивать молекулярный азот атмосферы, а Воронин доказал, что на корнях бобовых образуются клубеньки. Русский микробиолог Виноградский открыл хемосинтез и бактерии, с помощью которых этот процесс происходит. Прянишников изучил азотный обмен и др.актуальны вопросы минерального питания, им и его учениками было установлено, что правильное использование удобрений является мощным фактором регулирования физиологических процессов, происходящих в растениях, и формирования урожая. В сер.19в.началось изучение фотосинтеза как энергетического процесса. Дыхание-одна из важнейших функций, свойственных всем живым организмам. Первые эксперименты по изучению дыхания растений проведены в кон.18в.Большоевлияние на развитие ф.р. оказало учение Дарвина, согласно которому история развития органической формы тесно связана с функцией и внешними условиями. Крупный вклад в развитие ф.р. в нашей стране внес основоположник экологии ф.р. Максимов. Широко известны работы Максимова и его учеников(Туманова, Сказкина,Мошкова)в области физиологии морозостойкости, засухоустойчивости, роста и развития. Большой вклад в ф.р. внесли основоположник учения о фитогормонах Холодный и создатель гормональнальной теории развития растений Чайхалан. Важно в теоритическом и практическом отношении успешно развиваемое Курсановым направление, изучающее растительный организм как целостную термодинамическую, метаболическую сисему. Развитие ф.р. в нашей стране характеризуется широким охватом проблем науки и глубоким проникновением в суть исследуемых вопросов. Особенностью начального периода развития ф.р. в России было то, что она считалась наукой университетской, исключительно преподавлась там, и ей придавалось лишь общеобразовательное значение.

3. Химические вещества, входящие в состав растительных клеток. Ферменты, их основные свойства и физиологическое значение. Из 100 известных химических элементов в составе живых клеток постоянно обнаруживается чуть более 20, а обязательными для выполнения жизненных функций можно считать всего 16. Большую часть массы живых клеток составляет вода (около 80 %) — она обеспечивает прижизненную структуру макромолекул и клеточных органелл, участвует в химических реакциях, транспортных процессах и терморегуляции, поддерживает форму и размеры клетки. Оставшаяся доля в сухом веществе цитоплазмы принадлежит другим органическим веществам — углеводам, пигментам, а также минеральному компоненту (около 5 %). Белки, липиды и нуклеиновые кислоты служат химической основой жизненных процессов. В основе всех функций организма лежат химические реакции. В живой клетке их скорость регулируется ферментами — биологическими катализаторами. Принцип действия ферментов основан на их способности временно связываться с субстратами, участвующими в реакции. По окончании реакции фермент освобождается из комплекса с субстратом и может вновь взаимодействовать со следующей его молекулой. В комплексе с субстратом фермент как бы изменяет путь химической реакции, направляя ее по энергетически более выгодному руслу, тем самым снижая уровень энергии активации. Ферменты образуются на рибосомах и подвергаются медленному окислению (денатурации). Ферменты активны в малых концентрациях, и не входят в число конечных продуктов, не требуют энергии. Значение: биологический катализатор, обеспечивающий 100% выход; все биохимические реакции контролируются ферментами; строго специфичны; действие всех физиологически активных в-в опосредовано через ферменты; через действия ферментов организм адаптируется к условиям внешней среды. Химический состав:1. Однокомпонентные (состоят только из белка Пример: пепсин, трепсин). 2. двухкомпонентные (состоят из апофермента и кофермента Пример: каталаза).Большинство ферментов действует в пределах одной клетки – эндоферменты. Есть которые выделяются наружу – экзоферменты. Изоферменты – состав и строение разное а функции одинаковые. Ферменты вне клетки способны только на реакции распада, синтезировать не могут. Ферментативные реакции протекают мгновенно. У каждого фермента свой температурный оптимум (40-60 при 80 денатурация)- у каждого свой опт рН (около 7)- концентрация субстрата – константа михаэлиса(равна конц субстрата при которой скорость 50% от макс) чем выще тем медленнее скорост-Наличие активаторов (ионы Ме) и ингибиторов (соли тяж Ме)

Белки представляют собой полимеры, в-ва, состоящие из небольших сходных по св-вам молекул, связанных друг с другом ковалентными связями. Функции: строительная (основа строения клеточных биологических мембран-на ½ состоят из белков), ферментативная (все биологические катализаторы химических р-й в клетке являются белками), транспортная (некоторые белки, находясь в клеточных мембранах участвуют в транспорте в-в), запасная (белок представляет собой высоковосстановленное соединение с большим запасом энергии), защитная (от инфекций). Нуклеиновые к-ты представляют собой гетерополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. НК содержат и реализуют инф-ю о всех белках в клетке. Липиды. Общее св-во всех этих в-в-высокая гидрофобность. Л. Растворимы в эфире, бензине, бензоле, это обусловлено наличием в их молекулах большого кол-ва неполярных углеводородных радикалов.

4. Клеточная оболочка, её структура и физиологические функции. Фазы роста клетки, этапы образования клеточной оболочки у растений. Клетки растений окружены плотной полисахаридной оболочкой, выстланной изнутри плазмалеммой. Формируется клеточная стенка на стадии телофазы во время митотического деления клеток. Клеточную стенку делящихся и растущих растяжением клеток называют первичной. После прекращения роста клетки на первичную клеточную стенку изнутри откладываются новые слои и возникает прочная вторичная клеточная стенка. В состав клеточной стенки входят структурные компоненты (целлюлоза у растений, хитин у грибов), компоненты матрикса стенки (гемицеллюлозы, пектин, белки), инкрустирующие компоненты (лигнин, суберин) и вещества, откладывающиеся на поверхности стенки (кутин и воска). Клеточные стенки могут содержать также силикаты и карбонаты кальция. Целлюлоза и пектиновые вещества адсорбируют воду, обеспечивая оводненность клеточной стенки. Пектиновые вещества, содержащие много карбоксильных групп, связывают ионы двухвалентных металлов, которые способны обмениваться на другие катионы (Н+ К+). Это обусловливает катионообменную способность клеточных стенок растений. Основным инкрустирующим веществом клеточной стенки является лигнин. Интенсивная лигнификаиия клеточных стенок начинается после прекращения роста клетки. В регуляции водного и теплового режима растений участвуют ткани, стенки клеток которых пропитаны суберином. Отложение суберина делает стенки трудно проницаемыми для воды и растворов (например, в эндодерме, перидерме). Поверхность эпидермальных клеток растений защищена гидрофобными веществами — кутином и восками. Слой кутина обычно пронизан полисахаридными компонентами стенки (целлюлозой, пектином) и образует кутикулу. Кутикула участвует в регуляции водного режима тканей и защищает клетки от повреждений и проникновения инфекции. В первичных клеточных стенках на долю целлюлозы приходится до 30% сухой массы стенки.

Благодаря контакту соседних клеток друг с другом возникает единая система клеточных стенок, получившая название апопласта. По апопласту, минуя мембранные барьеры, от клетки к клетке перемещаются вещества. Межмолекулярное пространство в фазе клеточной стенки, где осуществляются диффузия, адсорбция и освобождение водорастворимых веществ, называется кажущимся свободным пространством. Клеточные стенки растений пронизаны отверстиями — порами диаметром до 1 мкм. Через них проходят тяжи — плазмодесмы, благодаря которым осуществляются межклеточные контакты. Каждая плазмодесма представляет собой канал, выстланный плазмалеммой, непрерывно переходящей из клетки в клетку. Центральную часть поры занимает десмотрубка, состоящая из спирально расположенных белковых субъединиц. Десмотрубка сообщается с мембранами ЭР соседних клеток. Вокруг десмотрубки имеется слой цитоплазмы, которая может соединяться с цитоплазмой соседних клеток. Таким образом, связи между клетками могут осуществляться через цитоплазму, плазмалемму, ЭР и клеточные стенки. Единая система цитоплазмы клеток тканей и органов называется симпластом.

Будучи продуктом метаболической активности протопласта, клеточная стенка выполняет функцию защиты содержимого клетки от повреждений и избыточной потери воды, поддерживает форму (за счет тургора) и определяет размер клетки, служит важным компонентом ионного обмена клетки (как ионообменник) и местом транспорта веществ из клетки в клетку внеклеточным путем (апопластный транспорт). Биогенез клеточной стенки играет важную роль в росте и дифференцировке клетки. Фазы роста клеток по Саксу: деление, растяжение, дифференциация.

Формирование клеточной стенки:

1)После деления клетки, на месте разрыва образуется цепочка пузырьков – визикул (их продуцирует Аппарат Гольджи).Потом из них образуется срединная пластинка.

2)Затем откладываются фибриллы целлюлозы с пектатом кальция образующие каркас для первичной оболочки. На этот каркас накладываются с двух сторон слои гемицеллюлозных фибрилл пропитанных пектиновым веществом. Первичная оболочка обладает растяжимостью, и в этот период клетка растет растяжением.

3)Со временем откладываются все новые слои гемицеллюлозы но уже пропитанные лигнином. Теперь клеточная стенка становится более прочной, и уже не обладает растяжимостью.

В состав клеточной оболочки входят целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые в-ва, липиды и небольшое кол-во белка. Компоненты клеточной оболочки являются продуктами жизнедеятельности клетки. Они выделяются из цитоплазмы и претерпевают превращения на поверхности плазмалеммы. Клеточная оболочка также обладает избирательной проницаемостью и способностью к движению.

Образование клеточной стенки начинается в метафазе клеточного деления. В экваториальной зоне возникает срединная пластинка, состоящая из пектата Ca, которая, нарастая от центра к периферии, отделяет одну новообразованную клетку от другой. Срединная пластинка с той и другой стороны покрывается первичной клеточной стенкой. Рост в толщину происходит за счет наложения новых слоев со стороны содержимого каждой клеткой. Рост в длину начинается с разрыхления матрикса. В этом процессе важную роль играют фитогормоны. В образовавшиеся полости поступают новые порции материала, из которого строится клеточная стенка. Синтез и транспорт этих в-в осуществляется главным образом вакуолями аппарата Гольджи.

Этапы роста клетки: 1.все клетки заполнены цитоплазмой, вакуолей нет-эмбриональная фаза.

2.Фаза растяжения. Появляются вакуоли, начинается разрастание клеточной оболочки, клетка вытягивается. 3.Фаза внутренней дифференциации. Клетки становятся специализированными, т.е. образуются клетки разных постоянных тканей.

5. Основные свойства цитоплазмы: вязкость, эластичность, подвижность, раздражимость. Цитоплазма – это часть клетки заключенная между плазмодесмой и ядром. Цитоплазма состоит из 3 слое в 1)Плазмолемма – располагается на поверхности цитоплазмы, окружая ее и отделяя от клеточной стенки. Имеет мембранное строение обеспечивающее в основном избирательную проницаемость. 2)Мезоплазма (матрикс, гиалоплазма) – сложная бесцветная коллоидная часть. Состоит из белков, РНК, полисахаридов, липидов. Обладает вязкостью в зависимости от растворенных в ней веществ. Внутри нее расположены все органоиды. Делится еще на 2 слоя: А)Эндоплазма – способна к движению Б)Эктоплазма – не способна к движению 3)Тонопласт – отделяет клеточный сок от цитоплазмы. Имеет мембранное строение обеспечивающее в основном полупроницаемость.

6. Мембранный принцип организации поверхности цитоплазмы и органелл клетки. Функции мембран. Аппарат Гольджи, рибосомы, пероксисомы, лизосомы и митохондрии. Мембраны обеспечивают в клетке принцип компартментации — клетка оказывается поделенной на зоны, каждая из которых играет свою роль в жизни клетки. В то же время деятельность отдельных компартментов взаимосвязана и интегрирована, и это тоже является функцией мембран. Большая часть клеточных мембран генетически связана друг с другом, то есть возникает друг от друга или служит продолжением друг друга. В то же время такие органеллы, как хлоропласты и митохондрии, образуются в клетке путем деления. Их мембраны, по-видимому, не связаны в своем происхождении с другими. Мембраны имеют трехслойное строение. Основу составляет двойной слой липидов, обращенных к друг другу гидрофобными концами, а с двух сторон располагаются белки. На поверхности мембран располагаются различные рецепторы, они принимают участие во всех жизненных процессах. Значение мембран трудно переоценить. С их помощью в клетке осуществляются важнейшие принципы экономичности, скорости, направленности и сопряженности всех процессов. 1. Мембраны — это пограничные структуры, обеспечивающие диалектическое единство разделения и связи клеточных компонентов. 2. С помощью мембран поддерживается гомеостаз — постоянство среды в каждом компартменте клетки. 3. Через мембраны происходит обмен веществ, энергии и информации между клеткой и окружающей средой. 4. Мембраны связаны с важнейшими биохимическими процессами, так как в них локализованы ферменты, осуществляющие синтез, гидролиз, окисление, перенос. 5. На мембранах хлоропластов и митохондрий происходят сложные процессы биоэнергетики (фотосинтетическое и окислительное фосфорилирование), снабжающие клетку энергией. 6. Мембраны выполняют рецепторную функцию, воспринимая внешние раздражения и передавая сигналы о них организму в целом.

Аппарат Гольджи. В растительных клетках аппарат Гольджи (АГ) представлен диктиосомами, везикулами и межцистерными образованиями. Уплощенные цистерны — диктиосомы расположены пачками по несколько штук. Они ограничены мембраной. В клетке растений содержатся от нескольких до сотен АГ. В диктиосомах АГ образуются гликопротеины и гликолипиды и осуществляется накопление и мембранная «упаковка» соединений, необходимых для синтеза полимеров клеточной стенки и различных растительных слизей. С помощью везикул Гольджи углеводные компоненты доставляются к плазмалемме. Мембрана пузырьков встраивается в плазмалемму, способствуя ее росту и обновлению. Секретируемые вещества оказываются в клеточной стенке. Мембраны АГ являются связующим звеном между мембранами ЭР и плазмалеммой. АГ может состоит из отдельных пластинок, палочек и чешуек, разбросанных по всей цитоплазме клетки. Функция-накопление и выведение из клетки различных в-в.

Рибосомы. Рибосомы осуществляют синтез белков — трансляцию матричной, или информационной, РНК (мРНК). Каждая рибосома состоит из двух нуклеопротеиновых субъединиц. Субъединицы рибосом, образованные в ядрышке, поступают в цитоплазму, где происходит сборка рибосом на молекуле мРНК. Рибосомы в цитоплазме могут быть свободными, прикрепленными к мембранам эндоплазматического ретикулума, к наружной мембране ядерной оболочки либо образуют полирибосомные (полисомные) комплексы.

Пероксисомы (округлые органоиды диаметром 0,2—1,5 мкм, ограниченные элементарной мембраной и содержащие гранулярный матрикс) многочисленны в клетках листьев, где они тесно связаны с хлоропластами. В них окисляется синтезируемая в хлоропластах в ходе фотосинтеза гликолевая кислота и образуется аминокислота глицин, которая в митохондриях превращается в серии. В листьях высших растений пероксисомы участвуют в фотодыхании. Пероксисомы-микротельца, имеющие форму овальных гранул с однослойной мембраной. Участвуют в процессах фотодыхания.

Лизосома — клеточный органоид содержащий ряд ферментов — гидролаз, способных расщеплять белки, липиды и нуклеиновые кислоты, функциями которого являются переваривание захваченных клеткой частиц, автофагия (уничтожение ненужных клетке структур, например, во время замены старых органоидов новыми) и автолиз. Лизосомы-округлые тельца, округлой мембраной, богатые ферментами. Функция-осуществляют лизис (распад ненужных в-в в клетке).

7. Поступление воды в растительную клетку. Диффузия, осмос. Осмотический потенциал. Методы измерения осмотического потенциала в клетке. Пассивный транспорт — это движение веществ по физико-химическим градиентам без затраты клеткой метаболической энергии. Другая категория процессов транспорта веществ — активный транспорт — присуща только живым организмам, которые способны осуществлять передвижение молекул и ионов против физико-химических градиентов.

Пассивный транспорт. Важнейшим механизмом передвижения веществ является диффузия. В газах и жидкостях молекулы и ионы находятся в постоянном движении благодаря кинетической энергии, которой обладают эти частицы. По второму закону термодинамики каждая система стремится уменьшить свою внутреннюю энергию и увеличить энтропию. Поэтому в сообщающихся растворах разных концентраций частицы растворенного вещества будут перемещаться из более концентрированного раствора в менее концентрированный. Одновременно из второго сосуда в первый на том же основании будут передвигаться молекулы растворителя. Если объемы с различными концентрациями не сообщаются, а разделены перегородкой, проницаемой для растворителя, но не проницаемой для растворенного вещества, то выравнивание концентраций будет происходить лишь за счет перемещения молекул растворителя. Такие перегородки называют полупроницаемыми, а движение частиц через них — осмосом.

Осмос — это одностороннее движение растворителя через полупроницаемую мембрану по градиенту концентрации (химического потенциала). Поскольку почвенный раствор всегда сильнее разбавлен, чем водный раствор в-в в клетке (химический потенциал воды выше в почвенном растворе), вода поступает в клетку по законам осмоса. Одной из форм пассивного транспорта является электрофорез — движение заряженных частиц за счет электрической энергии по градиенту электрического потенциала. Растительная клетка это осмотическая система, а полупроницаемая мембрана это плазмолемма и тонопласт. Может быть 3 вида осмоса:1)экзосмос – движение воды из клетки в гипертонический р-р; 2)эндосмос – движение воды в клетку из гипотонического р-ра; 3)изоосмос – движение воды есть, но туда-сюда.

Осмотическое давление - это давление которое нужно приложить что бы воспрепятствовать проникновению воды через полупроницаемую мембрану. Осмотическое давление возникает в результате осмотического передвижения молекул воды из р-ра с меньшей концентрацией в р-р с большей концентрацией. P=RTCi (Pосм давление, R-универсальная газ пост, T-абсолютн t,C-конц, i-изотонич коэффициент =1 для неэлектр)

Поступление воды в клетку путем осмоса зависит от концентрации в-в в клетке и окружающей среде, и от давления, создаваемого р-ром. Чем >концентрация в-в в клетке, тем > поступает в нее воды. Поступившая в клетку вода увеличивает ее объем. В растительных клетках вода проходит через цитоплазму и накапливается в вакуоли, где высокая концентрация клеточного сока. Объем вакуоли при этом увеличивается, она давит на цитоплазму, а последняя-на оболочку. В клетке возникает давление, которое называется тургорным, и поступление воды в клетку прекращается, когда же вода частично израсходуется, тургорное давление снизится и снова вода осмотическим путем будет поступать в клетку.

Тургор – это напряженное состояние клеточной стенки, которое создает ее содержимое. Тургор зависит от вида растения и от времени суток (утром выше, днем понижается, вечером повышается)Сосущая сила – это сила с которой клетка всасывает в себя воду. S=P-T Существует 2 метода определения сосущей силы: 1)по изменению размера ткани2)по изменению концентрации раствора

8.Поступление солей в растительную клетку. Явление пиноцитоза. Поступление ионов в вакуоль.

В настоящее время не вызывает сомнений, что поступление солей в растительную клетку происходит в виде ионов и это проходит в несколько этапов. Питательные в-ва поступают и накапливаются в клеточной оболочке, цитоплазме, вакуоли. Особенно важным этапом является поступление в-в в цитоплазму. Экспериментально доказано, что питательные в-ва могут поступать в цитоплазму и не проникать в вакуоль. Это хорошо видно из опытов Холодного по влиянию солей на форму плазмолиза. В р-рах разных солей форма плазмолиза различна. Ca повышает вязкость цитоплазмы и, как следствие, форма плазмолиза в р-рах его солей вогнутая. Калий снижает вязкость-форма выпуклая. Изменение вязкости цитоплазмы свидетельствует о том, что ионы проникли в нее. Вместе с тем наличие плазмолиза показывает, что соли если и проникли в вакуоль, то в малой степени. На перенос поглощенных ионов и молекул оказывает влияние активное движение цитоплазматических мембран клетки. Поглощение крупных молекул и капелек р-ров может осуществляться с помощью механизма пиноцитоза, при котором на плазматической мембране клетки появляются короткие тонкие выросты, окружающие молекулу или капельку жидкости. Этот участок плазматической мембраны впячивается внутрь протопласта и затем отшнуровывается в виде пузырька. Поступление в-в в клетку следует рассмотреть как активный физиологический процесс, происходящий с затратой определенного количества энергии и связанный прежде всего с дыханием растений. Например, накопление брома в клетках клубней картофеля и в корнях ячменя происходило только тогда, когда ч/з р-р бромида калия, в кот.были погружены клубни, пропускали в достаточном кол-ве воздух; при продувании азота ч/з р-р бромида калия поступления и накопления брома в клетках растений не наблюдалось. Добавление сахара к р-ру бромида калия усиливало поглощение и накопление калия и брома. Это свидетельствует о том, что поступлние ионов связано с процессом дыхания. Считается, что главная роль принадлежит ионам H+иHCO3-.Угольная к-та, образующаяся в процессе дыхания, направляется в поврехностные слои цитоплазмы, а ионы H+иHCO3-обмениваются на катионы и анионы, содержащиеся в окр.среде. Такое обратное поступление их связано с обменом ионов угльной кислоты на ионы брома и калия.

9. Транспирация и её значение. Устьичная и кутикулярная транспирация. Методы устьичного контроля транспирации. Влияние внешних условий на движение устьиц. Типы движения устьиц.

Транспирация – это процесс испарения воды растением. Интенсивная транспирация способствует большему притоку СО2, лучшему углеродному питанию растений. Транспирация создает автоматичность водного тока: поступление воды в растение и ее испаряемость. Без транспирации растение не будет обеспечено водой, поскольку корневое давление подает незначительное ее кол-во. Транспирация способствует передвижению минеральных в-в в растении, которые поглощаются из почвы корнями. Благодаря транспирации снижается температура растений. Без нее растения перегревались бы и в них не могли бы происходить различные физиологические и биохимические процессы. Одной из важных характеристик процесса является интенсивность транспирации — количество воды, испаряемое растением с единицы листовой поверхности в единицу времени.

Кутикулярная транспирация. Снаружи эпидермис покрыт кутикулой, в состав которой входит кутин. У кутикулы есть уникальное свойство, обусловленное особенностями ее состава — изменять гидравлическую проводимость в зависимости от оводненности. При подсыхании наружных слоев стенок эпидермиса гидрофобные слои кутикулы плотнее придвигаются друг к другу, поэтому кутикулярное сопротивление может удвоиться. При низких температурах оно также возрастает. И, наоборот, при увеличении оводненности эпидермиса кутикула набухает за счет гидратации карбоксильных и оксигрупп, разрыхляется, кутикулярное сопротивление диффузии значительно снижается и транспирация возрастает. Таким образом, потеря воды через кутикулу регулируется оводненностью листа. По ночам, например, при более сильном набухании кутикулы кутикулярная фанспирация идет интенсивнее, чем днем. Смоченные листья могут поглощать воду через кутикулу. Кутикулярная транспирация обычно составляет около 10% от общей потери воды листом.

Устьица составляют не > 1% всей площади листа. На 1мм2 листовой поверхности их насчитывают от 50-500 и >. Каждое устьице можно представить в виде очень маленького сосудика. Поэтому неск.небольших в какой-либо перегородке будут пропускать пары воды быстрее, чем одно большое отверстие, равное им по диаметру, это связано с явлением повышенной краевой диффузии.. Основной факт, обуславливающий движение устьиц, является содрежание воды в листе. При достаточном ее кол-ве в растении устьица открыты. На свету они у большинства растений тоже открыты, а в темноте закрыты. Движение устьиц регулируется комплексом факторов (температурой, осмот.давлением, интенсивность освещения и качества света). Движение устьиц связано также с изменением вязкости протоплазмы замыкающих клеток. При открытых устьицах плазмолиз имеет выпуклую форму, а при закрытых-судорожную. Различные устьичные движения: фотоактивную реакцию, если устьица на свету открыты, а в темноте закрыты; гидроактивную реакцию, когда устьица закрыты при сильной потере воды листом; гидропассивную реакцию, если в дождливую погоду происходит при значительном увеличении объема эпидермиса клеток, сдавливающих устьичные клетки. Глубокий водный дефицит может вызвать подвядание листа, эпидермальные клетки при этом, уменьшаясь в размерах, растягивают замыкающие клетки, и устьица открываются. А сразу после дождя эпидермальные клетки настолько разбухают от воды, что сдавливают замыкающие клетки, и устьица закрываются.

Процесс устьичной транспирации можно разделить на 3 этапа. 1этап- переход воды из клеточной оболочки, где она находится в капельно-жидком состоянии, в межклетники (парообразное состояние). 2 этап - выход паров воды из межклетников или ч/з кутикулу, или главным образом, ч/з устьичные щели. Поскольку устьичная транспирация составляет 80-90% от всего испарения, то степень открытости устьиц является основным механизмом, регулирующим интенсивность транспирации. При открытых устьицах общая поверность устьичных щелей составляет всего 1-2% от площади листа. Сравнение испарения листа с испарением со свободной водной поверхности той же площади показало, что оно идет не в 100раз, а всего в 2р медленнее. Объяснение этому явлению было дано в исследованиях Броуна и Эскомба, которые установили, что испарение из ряда мелких отверстий идет быстрее, чем из одного крупного той же площади. Это связано с явлением краевой диффузии. При диффузии из отверстий, отстоящих друг от друга на некотором расстоянии, молекулы воды, расположенные по краям, рассеиваются быстрее. Таких краевых молекул значительно больше в ряде мелких отверстий по сравнению с одним крупным. Для малых отверстий интенсивность испарения пропорциональна их диаметру, а не площади(закон Стефана). Таким образом, изменение степени открытости устьиц является основным механизмом контроля транспирации. 3 этап транспирации - диффузия паров воды от поверхности листа в более далекие слои атмосферы. Этот этап регулируется лишь условиями внешней среды.

studfiles.net

Методы физиологии и биохимии растений и уровни исследовании

Физиология растений - наука экспериментальная. Основной метод познания в физиологии - эксперимент, опыт. Она использует современные методы химии, физики, математики, кибернетики. Для изучения физиологических и биохимических процессов применяют лабораторно-аналитический, полевой и вегетационный методы исследований (в фитотронах и лабораториях искусственного климата, где растения выращивают в контролируемых, заданные экспериментатором условиях: температура, режим освещения, состав воздуха и др.).

В физиологических исследованиях чаще используются физические и физико-химические методы: меченых атомов, световой и электронной, ультрафиолетовой и люминесцентной микроскопии, электрофореза, хроматографического анализа, спектрометрии, иммунологии, кристаллографии.

Современная физиология растений все больше сближается с физико-химической биологией. Вместе с тем она имеет специфические, свойственные только этой науке методы исследований: методы водных и песчаных культур, биотестов, исследования фотопериодизма, системы красный-дальний красный, культуры клеток и тканей и др.

Изолированная клетка - незаменимый объект исследований фундаментальных основ физиологии растений, а также клеточной биотехнологии и биоинженерии растений.

Господствующим принципом физиологических исследований является принцип причинности, используются аналитический и синтетический подходы в познании явлений жизни растения. Физиологи разрабатывают математические модели физиологических процессов, которые экспериментально проверяются. Многие физиологи в работах применяют диалектический метод, исторический подход к изучению функции растительного организма.

С помощью всех этих методов физиологи исследуют процессы жизнедеятельности растений на различных уровнях организации. На молекулярном уровне изучают функции НК, белков и других веществ, на клеточном и субклеточном - функции клеток и её органел, на органном - функции листа, стебля, корня и т.д., на организменном - функции целого интактного растения, на популяционном - функции вида и сорта растения, на полевом (ценотическом)- функции фито- и агрофитоценозов, на биогеохимическом - системы растение-почва и глобальные процессы в биосфере Земли.

Биохимия в своем развитии опирается на успехи биологической науки, на новейшие достижения химии и физики, использует их новые методы. Методы биохимических исследований являются важным звеном в оценке химического состава и биохимических особенностей растений.

колориметрические
спектроскопические
избирательная адсорбция
различные виды хроматографии
электрофорез и ИЭФ

изотопная методика и др.
ренгеноструктурный анализ
иммунохимический метод
метод молекулярной гибридизации

У биохимии выработались и свои специфические методы исследования, которые существенно отличаются от обычных химических или физико-химических методов:

26.2.17

studfiles.net

Методы физиологии растений

Химия Методы физиологии растений

Количество просмотров публикации Методы физиологии растений - 111

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Методы физиологии растений
Рубрика (тематическая категория)	Химия

Основной метод познания процессов, явлений в физиологии — эксперимент, опыт. Следовательно, физиология растений — наука экспериментальная. Для изучений физико-химической сути функций, процессов в физиологии растений широко применяют методы: лабораторно-аналитический, вегетационный, полевой, меченых атомов, электронной микроскопии, электрофореза, хроматографического анализа, ультрафиолетовой и люминесцентной микроскопии, спектрофотометрии и др. Размещено на реф.рфВместе с тем, используют фитотроны и лаборатории искусственного климата͵ в которых выращивают растения и проводят опыты в условиях определенного состава воздуха, нужной температуры и освещения. Применяя эти методы, физиологи исследуют растения на молекулярном, субклеточном, клеточном и организменном (интактное растение) уровнях. Сейчас в биологических исследованиях широко применяют электронные микроскопы просвечивающего типа с разрешающей способностью 0,15—0,5 нм, в которых объект рассматривают в электронных лучах, проходящих через него. Большое увеличение разрешающей способности электронных микроскопов по сравнению со световыми обусловливается меньшей длиной волны электронов (на пять порядков меньшей, чем длина волны ультрафиолетовых лучей). Вместе с тем, для биологических исследований применяют так называемые растровые электронные микроскопы, в которых изображение создается по принципу телевизионных. Разрешающая способность растровых микроскопов равна 20—40 нм, с их помощью изучают строение поверхности пыльцы, эпидермального слоя клеток, формы клеток и др. Размещено на реф.рфПрименение электронной микроскопии в биологии имеет большое значение для развития биологической науки и физиологии растений в частности. Исследование ультраструктуры органоидов растительной клетки (хлоропластов, митохондрий, рибосом, мембранных структур) дало возможность раскрыть суть процессов фотосинтеза и дыхания, которые определяют возможность самой жизни на нашей планете. Изучение строения клеточных оболочек, открытие цитоплазматических мембранных структур способствовали выяснению процессов обмена веществ и энергии в клетке, изучению структуры и функции органоидов растительной клетки. Большое принципиальное значение имеет электронно-микроскопическое исследование строения РНК и ДНК, локализации их на структурных компонентах клетки. Результаты этих исследований легли в основу раскрытия генетической роли ядра и проблемы наследственности.

Методы физиологии растений - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Методы физиологии растений" 2014, 2015.

referatwork.ru

Методы физиологии и биохимии растений и уровни исследовании

колориметрические
спектроскопические
избирательная адсорбция
различные виды хроматографии
электрофорез и ИЭФ

изотопная методика и др.
ренгеноструктурный анализ
иммунохимический метод
метод молекулярной гибридизации

9.3.2017

studfiles.net

Методы физиологии и биохимии растений и уровни исследовании

колориметрические
спектроскопические
избирательная адсорбция
различные виды хроматографии
электрофорез и ИЭФ

изотопная методика и др.
ренгеноструктурный анализ
иммунохимический метод
метод молекулярной гибридизации

9.3.2017

studfiles.net

Методы физиологии растений

Физиология растений относится к числу экспериментальных наук. Экспериментом в физиологии называют изучение физиологического явления в искусственно создаваемых условиях. При этом может изучаться либо отдельная функция (фотосинтез, дыхание и т.д.), либо воздействие отдельного фактора на комплекс функций, или влияние комплекса воздействий на жизнедеятельность растения в целом (например, антропогенные воздействия). Опыты могут быть лабораторными и полевыми.

Лабораторные эксперименты позволяют глубоко исследовать явления, происходящие на клеточном субклеточном и молекулярном уровнях.

К современным приемам и методам исследования относятся:

Световая микроскопия – приготовление тонких окрашенных срезов (разрешающая способность – 0,2 мкм х 2000 раз).

Электронная микроскопия – обычные приемы – фиксация быстрым замораживанием, скол и травление напылением ионов тяжелых металлов (500-800 А˚, - обычно рассматриваемые объекты, разрешающая способность 3-10 А˚, увеличение 1000000 раз).

Разрешающая способность светового микроскопа ограничена длиной световых волн. Максимально возможное разрешение равно ½ λ используемого света. Средняя λ видимого света составляет примерно 550 км, поэтому удавалось получить разрешение примерно в 200 км. Однако многие клеточные структуры имеют меньший размер. Эта проблема была разрешена в 30-40 годы, когда создание электронного микроскопа произвело революцию в биологической науке. Вместо света в электронном микроскопе используют пучок электронов, у которых λ значительно меньше, следовательно разрешительная способность больше, примерно в 500 раз больше.

Подготовка материала к исследованию включает следующие приемы:

Срезы готовятся на ультратоме окрашиваются соединениями тяжелых металлов. Окрашенные участки становятся непроницаемыми и на микрофотографиях они выглядят темными.
Напыление. Образец бомбардируется атомами тяжелых металлов, например золотом или платиной, под определенным углом. Закрытые площади + «тень» за образцом остаются прозрачными для электронов.
Замораживание – скалывание и замораживание – травление.

Фрагмент ткани быстро замораживается при очень низкой температуре и затем разламывается с помощью острого металлического лезвия. Ткань растрескивается вдоль слабо соединенных плоскостей. В вакууме лед возгоняется, оставляя сколотую поверхность. Реплика этой поверхности создается слоем углерода. На эту реплику из углерода напыляется тяжелый металл, а также под репликой разрушаются кислотой. Этот метод удобен при изучении структуры мембран. Его преимущество состоит в том, что ткани быстро умерщвляются, не подвергаясь химической обработке, которая может повлиять на их структуру.

Дифференциальное центрифугирование. Широко используют для исследования биохимических и физиологических механизмов работы клетки. При этом клеточные фракции сохраняют свою морфологическую и функциональную целостность.

Хроматография – разделение веществ /бумажная, колоночная/.

Метод хроматографии впервые предложен русским ученым Цветом в 1906 году и сейчас широко используется.

Хроматография – это метод, применяемый для разделения различных смесей на составляющие их компоненты. Метод основан на том, что в неподвижной среде, через которую протекает растворитель, каждый из компонентов, увлекаемых растворителем, движется со своей собственной скоростью независимо от других.

В качестве неподвижной среды /адсорбента/ могут быть использованы различные вещества: сахароза, окись магния, крахмал, стекло, бумага и т.д. Подвижность вещества зависит от его растворимости в растворителе, пропускаемом через адсорбент и адсорбируемости на данном адсорбенте. Чем выше растворимость вещества в растворителе, тем хуже он адсорбируется на адсорбенте, тем больше его подвижность. Применяя разные комбинации растворителей и адсорбенты различной природы, можно добиться высокой степени разделения.

Метод меченых атомов – введение радиоактивной метки и обнаружение ее при помощи массспектрометра.

Вегетационный опыт – опыт, проводимый в сосудах, где экспериментатор дозирует и контролирует количество питательной среды для выращивания растений, ее качественный или количественный состав и т.д. Если опыт ведется в теплице, то регулированию поддается свет и температура.

Вегетационные опыты позволяют установить закономерности роста и развития растений от изучаемого фактора.

Полевой опыт – ведется в полевых условиях (природных). Ввиду пестроты природных условий: неоднородность почвы, склоны, вредители, осадки и т.д. – точность полевого опыта значительно меньшая.

studfiles.net

Сведения об образовательной организации

Полезные ссылки

Безопасность

Противодействие коррупции

Доступная среда

Карта сайта

НСОКО

Методы физиологии и биохимии растений и уровни исследовании. Методы физиологии растений

1.Задачи физиологии растений. Теоретическая и практическая значимость физиологии растений.

Методы физиологии и биохимии растений и уровни исследовании

Методы физиологии растений

Химия Методы физиологии растений

Методы физиологии и биохимии растений и уровни исследовании

Методы физиологии и биохимии растений и уровни исследовании

Методы физиологии растений

1. Предмет, задачи и методы физиологии растений. Предмет, задачи и методы физиологии растений

Похожие главы из других работ:

Ботаника как наука. Предмет и задачи ботаники

1. Генетика. Предмет и методы

1.1 Предмет генетики

2. Основные методы идентификации генов растений

3. Предмет, цели задачи естествознания

1.2 Краткая история физиологии

1.3 Современные тенденции и задачи физиологии

2. Исследование физиологии целостного организма

Методы селекции растений

1. Предмет генетики

3. Селекция растений, методы

1.3 Влияние трудов И.М. Сеченова на последующее развитие физиологии

1. Особенности строения и физиологии двудольных растений

3. Особенности физиологии

3. Особенности физиологии микроорганизмов рода Mycobacterium

Смотрите также