Физиологиея растений. Предмет и объекты изучения. Предмет и объект физиологии растений
Предмет, задачи и методы физиологии растений
История физиологии растений.
Физиология растений зародилась в XVII—XVIII веках в классических трудах итальянского биолога и врача М. Мальпиги «Анатомия растений» и английского ботаника и врача С. Гейлса «Статика растений». Термин физиология растений впервые был предложен Ж. Сенебье́ в его трактате «Physiologie végétale» в 1800 году. В этом трактате он собрал все известные к тому времени данные по этой дисциплине, а также сформулировал основные задачи физиологии растений, её предмет и используемые методы.
В XIX веке в рамках физиологии растений обособляются её основные разделы: фотосинтез, дыхание, водный режим, минеральное питание, транспорт веществ, рост и развитие, движение, раздражимость, устойчивость растений, эволюционная физиология растений.
В первой половине XX века главным направлением развития физиологии растений становится изучение биохимических механизмов дыхания ифотосинтеза. Параллельно развивается фитоэнзимология, физиология растительной клетки, экспериментальная морфология и экологическаяфизиология растений. Физиология растений даёт начало двум самостоятельным научным дисциплинам: микробиологии и агрохимии.
Во второй половине XX века намечается тенденция объединения в единое целое биохимии и молекулярной биологии, биофизики и биологического моделирования, цитологии, анатомии и генетики растений. Среди учёных возрастает интерес к исследованиям на субклеточном и молекулярном уровнях. В то же время активно идёт изучение механизмов регуляции, обеспечивающих функционирование растительного организма как единого целого. Резко ускоряются исследования механизмов реализации наследственной информации, роли мембран в системах регуляции, механизмов действия фитогормонов. Быстрое развитие физиологии растений открывает новые возможности в биотехнологии, интенсивном сельском хозяйстве. В сельскохозяйственную практику входят химические регуляторы роста растений, гербициды и фунгициды.
Известные исследователи: Чайлахян Михаил Христофорович, Курсанов Андрей Львович, Мокроносов Адольф Трофимович, Пьянков Владимир Иванович, Рихтер Андрей Александрович, Тимирязев Климент Аркадьевич.
Предмет, задачи и методы физиологии растений.
Физиология растений — наука, которая изучает процессы жизнедеятельности и функции растительного организма. Слово «физиология» греческого происхождения; оно состоит из двух слов: physis — природа и logos — понятие, учение. Физиология растений является наиболее развитой отраслью экспериментальной ботаники, которая в XIX в. выделилась в самостоятельную науку. Она тесно связана с химией, физикой, биохимией, биофизикой, микробиологией, молекулярной биологией.
Направления исследований физиологии растений:
Дыхание растений; Водный режим растений; Минеральное питание растений; Транспорт веществ в растении; Рост и развитие растений; Фитоэнзимология — изучение ферментов растений; Фитогормонология — изучение фитогормонов;
Раздражимость растений; Экология растений.
Основные задачи физиологии растений:
1.Изучение закономерностей жизнедеятельности растений.
2.Разработка теоретических основ получения максимальных урожаев сельскохозяйственных культур.
3.Разработка установок для осуществления процессов фотосинтеза в искусственных условиях.
Перед научными работниками, физиологами растений поставлены такие задачи: изучить обмен веществ и энергии в растительном организме, фотосинтез, хемосинтез, биологическую фиксацию азота из атмосферы и корневое питание растений; разработать методы повышения использования растениями солнечной энергии и питательных веществ почвы, обогащения почвы азотом; создать новые, более эффективные формы удобрений и разработать методы их применения; исследовать действие биологически активных веществ с целью использования их в растениеводстве; разработать методы более продуктивного использования воды растением. Без решения этих вопросов невозможно решение и ряда других проблем земледелия и растениеводства, направленных на повышение урожайности.
Интенсивное применение минеральных удобрений, гербицидов, физиологически активных веществ, химических препаратов для защиты растений от болезней и вредителей требует глубокого и всестороннего изучения их влияния на рост и обмен веществ растительных организмов с целью значительного повышения продуктивности сельскохозяйственных растений.
Решение поставленных задач имеет большое значение для разработки проблем ускорения научно-технического прогресса в растениеводстве и дальнейшего развития сельского хозяйства нашей страны.
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. Кроме того, 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. Значительное увеличение разрешающей способности электронных микроскопов по сравнению со световыми обусловливается меньшей длиной волны электронов (на пять порядков меньшей, чем длина волны ультрафиолетовых лучей).
Кроме того, 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. Применение 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.
studopedya.ru
Предмет и объект физиологии растений. Разнообразие объектов, характеризующихся фототропным образом жизни. Проблемы и задачи современной физиологии растений
Предмет и объект физиологии растений. Разнообразие объектов, характеризующихся фототропным образом жизни. Проблемы и задачи современной физиологии растений.
Этапы развития физиологии растений, ее связь с общим развитием биологии и практикой.
Структура компонентов растительной клетки, особенности строения в связи с их биологической функцией. Клеточная стенка.
Структура компонентов растительной клетки, особенности строения в связи с их биологической функцией. Цитоплазма, микротрубочки, микрофиламенты.
Структура компонентов растительной клетки, особенности строения в связи с их биологической функцией. Ядро, рибосомы.
Структура компонентов растительной клетки, особенности строения в связи с их биологической функцией. Пластиды, митохондрии.
Структура компонентов растительной клетки, особенности строения в связи с их биологической функцией. Вакуоль, пероксисомы, лизосомы.
Структура компонентов растительной клетки, особенности строения в связи с их биологической функцией. Эндоплазматический ретикулум. Аппарат Гольджи.
Функциональное взаимодействие различных органоидов клетки.
Физико-химические свойства цитоплазмы, ее взаимодействие с внешней средой.
Структура и функция мембран растительной клетки. Проницаемость мембран.
Принципы регулирования физиологических процессов клеткой.
Физико-химическая сущность фотосинтеза и его роль в процессах энергетического и пластического обмена растительного организма. Общие закономерности и значение фотосинтеза.
Структурная организация фотосинтетического аппарата. Лист как орган фотосинтеза.
Хлоропласты, их строение, биохимический состав и функции. Биогенез хлоропластов.
Пигментные системы фотосинтезирующих организмов.
Хлорофиллы, их строение, химические и физические свойства. Функции хлорофиллов.
Биосинтез хлорофилла.
Каротиноиды, их строение, классификация, свойства и функции.
Билихромопротеины (фикобилины), их структура, свойства и функции.
Поглощение света пигментами. Законы поглощения света.
Электронно-возбужденные состояние пигментов и типы дезактивации возбужденных состояний.
Флуоресценция.
Фосфоресценция.
Миграция энергии в системе фотосинтетических пигментов. Понятие о фотосинтетической единице и реакционных центрах.
Представление о функционировании двух фотосистем, их структура и назначение.
Структура электрон-транспортной цепи фотосинтеза.
Фотофосфорилирование, его типы, характеристика.
Классификация растений по метаболизму СО2 в фотосинтезе.
Метаболизм углерода в процессе фотосинтеза. С3-путь фотосинтеза, основные этапы, их характеристика.
Природа первичного акцептора углекислоты.
С4-путь фотосинтеза, его особенности и характеристика.
Метаболизм углерода по типу толстянковых (САМ-цикл).
Фотодыхание и метаболизм гликолевой кислоты (С2 -путь).
Показатели фотосинтеза: интенсивность, фотосинтетический потенциал, индекс листовой поверхности.
Фотосинтез и урожай.
Зависимость фотосинтеза от факторов внешней среды.
Эндогенная регуляция фотосинтеза.
Значение дыхания в жизни растений. Теория В.И. Палладина.
Показатели дыхания: интенсивность и дыхательный коэффициент.
Ферментные системы дыхания. Участие ферментов различных классов в дыхании.
Дыхательные субстраты. Пути диссимиляции углеводов.
Гликолиз, его суть, энергетика.
Цикл ди- и трикарбоновых кислот, его суть, энергетика.
Цикл Кребса-Корнберга, его суть, энергетика.
Окислительный пентозофосфатный цикл, его суть, энергетика и роль в метаболизме.
Использование в качестве дыхательных субстратов жиров и белков. Взаимосвязь превращения углеводов, белков и жиров.
Митохондрии, их структура и функции.
Электрон-транспортная цепь дыхания, характеристика ее компонентов.
Окислительное фосфорилирование в электрон-транспортной цепи, энергетическая эффективность.
Субстратное и окислительное фосфорилирование.
Зависимость дыхания от внутренних факторов.
Зависимость дыхания от внешних факторов.
Структура, свойства воды и ее роль в жизнедеятельности растений.
Термодинамические основы водообмена растений: активность воды, химический потенциал воды, водный потенциал, матричный потенциал, осмотический потенциал, гидростатический (потенциал давления).
Поступление воды в растение. Водный баланс растений.
Градиент водного потенциала - движущая сила поступления и передвижения воды в клетках, тканях и растении.
Механизмы поступления воды в растительную клетку.
Корневая система как орган поглощения воды.
Корневое давление, его значение и зависимость от действия внешних факторов.
Гуттация, ее суть и значение. «Плач» растений.
Транспирация как физиологический процесс. Биологическое значение транспирации. Типы транспирации.
Устьичная транспирация и физиология устьичных движений.
Внеустьичная транспирация.
Показатели траспирации: интенсивность, транспирационный коэффициент, коэффициент водопотребления.
Влияние на транспирацию внешних факторов.
Саморегулирование транспирации.
Движущие силы восходящего тока воды. Нижний и верхний концевой двигатели, процессы когезии и адгезии.
Механизмы регуляции устьичной транспирации.
Механизмы регуляции внеустьичной транспирации.
Элементы минерального питания, необходимые для жизнедеятельности растений. Понятие о макро- и микроэлементах.
Роль и функциональные нарушения при недостатке в растении азота и фосфора.
Роль и функциональные нарушения при недостатке в растении калия и кальция.
Роль и функциональные нарушения при недостатке в растении серы и магния.
Роль и функциональные нарушения при недостатке в растении железа, меди, марганца.
Роль и функциональные нарушения при недостатке в растении цинка, молибдена, бор.
Структурная и каталитическая функция ионов в метаболизме.
Взаимодействие ионов: антагонизм, синергизм, аддитивность.
Поступление минеральных веществ. Транспорт ионов через плазматическую мембрану. Значение мембранного потенциала для процессов поступления ионов в клетку.
Пассивный и активный транспорт.
Ионные каналы.
Участие переносчиков и транспортных АТФаз.
Радиальное перемещение ионов в корне: симпластический и апопластический пути.
Функции корневых тканей в радиальном транспорте.
Дальний транспорт ионов в растении. Восходящий и нисходящий ток минеральных элементов и веществ в растении.
Пространственная организация ионного транспорта в корне.
Интеграция и регуляция транспорта в целом растении.
Минеральное питание как фактор повышения продуктивности сельскохозяйственный растений.
Общие закономерности роста и развития растений. Кривая роста. Определение понятий “онтогенез”, “рост” и “развитие”.
Периодизация онтогенеза.
Показатели роста растений.
Клеточные основы роста и развития.
Локализация роста у растений. Ростовые корреляции. Полярность. Тотипотентность.
Зависимость роста от экологических факторов (свет, температура, водообеспеченность, минеральное питание).
Явление покоя, его адаптивная функция. Типы покоя и факторы его обусловливающие.
Фитогормоны как факторы, регулирующие рост и развитие растений. Локализация биосинтеза фитогормонов в растении и их транспорт.
Ауксины
Гиббереллины
Цитокинины
Абсцизовая кислота
Этилен.
Брассиностероиды
Жасминовая и салициловая кислоты
Системин и др.
Синтетические регуляторы роста, их природа и использование: гербициды, ретарданты, регуляторы созревания и покоя, дефолианты.
Движение растений. Ростовые и тургорные движения растений.
Тропизмы, виды тропизмов.
Настии, их типы.
Развитие растений, основные этапы. Жизненный цикл растений.
Термопериодизм. Фотопериодизм. Регуляция фотопериодических реакций фитохромом.
Стресс, адаптация, устойчивость. Общие понятия. Триада Селье.
Критические периоды воздействия стрессовых факторов на растения.
Стресс-белки.
Действие низких положительных температур и холодоустойчивость растений. Приспособление растений к низким положительным температурам. Способы повышения холодостойкости растений.
Действие отрицательных температур и морозоустойчивость растений. Причины вымерзания растений. Физиолого-биохимическая природа устойчивости растений к отрицательным температурам.
Действие высоких температур и жароустойчивость растений. Изменение обмена веществ, роста и развития растений.
Водный дефицит и засухоустойчивость растений. Совместное действие на растение недостатка влаги и высокой температуры.
Особенности устойчивости у мезофитов и ксерофитов.
Растения в условиях гипоксии и аноксии. Анатомо-морфологические приспособления и активирование анаэробного метаболизма в условиях недостатка кислорода. Акклимация растений к аноксии.
Солевой стресс. Виды засоления. Группы растений по устойчивости к засолению.
Газоустойчивость растений. Формы устойчивости.
Физиолого-биохимические основы устойчивости растений к фитопатогенам.
gigabaza.ru
Физиологиея растений. Предмет и объекты изучения
1. Физиологией растений называется наука, изучающая закономерности жизнедеятельности растений, их сущность и взаимосвязь с ОС.
Физиология изучает процессы роста и развития растений, почвенного и воздушного питания, накопления пластических веществ.
Физиология растений сосредотачивает внимание на исследованиях фенотипа, то есть на ненаследственных изменениях, происходящих в онтогенезе.
Физиологические закономерности оцениваются на молекулярном, субклеточном, микроскопическом уровнях.
Основной объект – растительный организм.
Предмет ФР (физиология растений) – система процессов, происходящих в растительном организме и их связи с ОС.
Наиболее важной специфической особенностью растений, что отличает их от всех других форм жизни, следует считать способность использовать в качестве источника энергии электромагнитную энергию солнечного света и преобразовывать последнюю в химическую энергию органических соединений.
Живое вещество планеты сосредоточено преимущественно в зеленых растениях – до 98 и более %.
Отсюда очевидна планетарная роль растений.
Суть науки о жизни состоит в превращениях. Об этом свидетельствует и первый учебник по физиологии растений и также научная монография его автора «Обмен веществ и превращение энергии в растениях» (1883, А.С. Фоминцин).
Жизнь растений – это непрерывная работа, в ходе которой осуществляются все виды превращений, характерные для живых систем.
Столь широкий подход к жизни растений и их физиологии все же имеет определенные ограничения.
Смысл предмета ФР – заключен в изучении всех функций растений, в определении их значимости в целом для растительного организма и их зависимости от внутренних и внешних условий.
Это определение подчеркивает особенность физиологии как науки интегральной.
Её усилия направлены на изучение законов и закономерностей жизни растения.
Отсюда вытекают основные задачи ФР:
1) Познание общих закономерностей жизнедеятельности растительных организмов, раскрытие молекулярных основ физиологических процессов и механизмов их регуляции в системе целого организма.
2) Разработка теоретических основ получения высоких урожаев с/х культур и повышение общей продуктивности растительных организмов.
3) Разработка установок для осуществления фотосинтеза в искусственных условиях, расширение спектра видов растений для биотехнологических целей.
Все эти задачи распространяются на объект ФР, к которому относятся все организмы, которые осуществляют фототрофный образ жизни.
Этот момент отличает ФР от физиологии грибов, животных.
Современная ФР – это физиология фототрофных организмов, способных удовлетворять свои потребности в пище за счет синтеза органических веществ с использованием энергии солнца.
Специфическими особенностями объекта ФР являются:
1) Сложность химического и морфологического строения объекта.
2) Взаимосвязь структур и функций.
3) Зависимость хода обменных процессов от состояния структур.
4) Тонкая отрегулированность функций отдельных элементов структур.
Место ФР среди других наук: Эта связь проявляется через такое положение как необходимость разложить сложные физиологические процессы на относительно понятные и простые физические, химические, биохимические процессы.
Каждое из этих важнейших научных направлений исследует и представляет физика, химия, молекулярная биология, генетика и др.
Можно сказать, что все науки, изучающие жизнь, сводятся к физическим и химическим исследованиям.
ФР – это физика и химия не растворов и даже не гомогенных коллоидов, а прежде всего, надмолекулярных образований
1) мембран
2) протоплазмы (системы органелл организованных в пространстве
vunivere.ru
