Системный контроль регуляции жизнедеятельности в онтогенезе растений и его эволюционные предпосылки. Регуляция жизнедеятельности растений

16. Координация и регуляция.

122. Дадим определение понятию.Раздражимость – это способность организмов реагировать на воздействие окружающей среды.

 123. Напишем системы, обеспечивающие координацию и регуляцию работы органов животных.Нервная и эндокринная.

 124. Дадим определения понятиям. Приведем примеры этих явлений. Рефлекс – это стереотипная реакция живого организма на раздражитель, проходящая с участием нервной системы.Примеры: дыхание, пищеварение.Инстинкт – это врождённый комплекс видовых определённых реакций на раздражение окружающей среды.Примеры: материнский инстинкт, инстинкт самосохранения.

 125. Напишем типы нервных систем животных и подпишем их части, изображенные на рисунках.

126. Опишем особенности строения нервной системы позвоночных.Нервная система хордовых состоит из 2-х отделов: Головной мозг и Спинной мозг. Головной мозг регулирует все сознательные операции, которые поддаются нашему влиянию (которые мы можем регулировать), например, движения, речь, положение тела в пространстве и т.д. Спинной мозг регулирует все процессы происходящие в организме без вмешательства человека. Например, поддержание постоянной температуры тела и циркуляцию крови по сосудам.

 127. Подпишем отделы нервной системы лягушки.

128. Напишем, благодаря развитию какой системы у птиц наблюдается более сложное поведение по сравнению с рыбами, земноводными и пресмыкающимися.Нервной.

 129. Подпишем части головного мозга млекопитающего, обозначенные на рисунке цифрами.

130. Напишем, в чем отличие эндокринной регуляции от нервной.Нервная система получает импульсы и выдаёт ответную реакцию, а эндокринная в ответ на импульс выделяет секрет.

 131. Напишем общие и отличительные особенности регуляции процессов жизнедеятельности у растений и животных.У обоих присутствует гуморальная регуляция, а вот нервная – только у животных.

132. Выясним роль ростовых веществ для жизнедеятельности растений.Ростовые вещества – это органические соединения,  способствующие активизации биохимических процессов в клетках растений, регенерации и образованию корневой системы.

biogdz.ru

Параграф 31. Регуляция жизненных функций организма

1. Каким образом осуществляется регуляция процессов жизнедеятельности у животных? У растений?

У растений только за счет гуморальной регуляции (фитогормоны). У животных - в результате согласованной работы нервной и гуморальной регуляции.

2. Как осуществляется регуляция жизненных функций у растений?

Процессы жизнедеятельности растительного организма регулируются с помощью биологически активных веществ – фитогормонов. Даже в незначительных количествах они могут ускорять или замедлять различные жизненные функции растений: формирование корней, развитие почек, рост побегов, цветение, созревание плодов, опадание листьев, прорастание семян и др. Фитогормоны образуются определенными клетками и транспортируются к месту действия по проводящим тканям или непосредственно от одной клетки к другой.

3. Вспомните, что такое гомеостаз. Какие механизмы его поддержания вам известны?

Гомеостаз - способность живых организмов поддерживать постоянство внутренней среды, посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание равновесия.

4. Какая связь существует между нервной и эндокринной системами?

Эндокринные железы животных и человека вырабатывают гормоны, которые с током крови, лимфы или полостной жидкости распространяются по организму и оказывают воздействие на соответствующие органы-мишени. Эндокринные железы в большинстве случаев не связаны пространственно, их работа согласовывается благодаря нервной регуляции или с помощью гормонов. Например, изменение концентрации углекислого газа в крови влияет на деятельность дыхательного центра головного мозга наземных позвоночных, а изменение концентрации ионов кальция и калия — на работу сердца.

5. Что общего в процессах нервной и гуморальной регуляции? Чем они отличаются?

Гуморальная регуляция подчинена нервной, в то же время оба механизма регуляции (нервный и гуморальный) работают согласованно, в тесном взаимодействии. Вместе они составляют единую систему нейрогуморальной регуляции, обеспечивающую поддержание гомеостаза в организме.

6. Каким образом может регулироваться содержание глюкозы в крови человека?

У человека после приема пищи происходит повышение концентрации глюкозы в крови, что вызывает возбуждение соответствующих рецепторов, передающих импульсы в центральную нервную систему. Нервная система стимулирует секрецию гормона инсулина клетками поджелудочной железы. Инсулин, в свою очередь, стимулирует поступление глюкозы в клетки организма, а также способствует ее превращению в запасной углевод — гликоген. Благодаря этому содержание глюкозы в крови снижается до нормального уровня. И наоборот, при физической нагрузке глюкоза активно потребляется клетками в качестве источника энергии, поэтому ее содержание в крови уменьшается. Нервная система посылает импульсы в мозговое вещество надпочечников. Эти железы выделяют в кровь гормон адреналин. Под действием адреналина происходит расщепление гликогена до глюкозы, и ее концентрация в крови увеличивается. Таким образом, в результате совместного действия нервных и гуморальных механизмов регуляции поддерживается относительно постоянный уровень глюкозы в крови.

7. Некоторые недобросовестные спортсмены, а иногда и люди, далекие от профессионального спорта, принимают особые препараты — анаболические стероиды. Почти все они являются синтетическими производными гормона тестостерона. Анаболические стероиды ускоряют рост мышц, уменьшают жировую прослойку, повышают уровень гемоглобина. Однако, несмотря на все плюсы, эти вещества разрушительно действуют на организм человека. У женщин, принимающих анаболические стероиды, наблюдается усиление роста волос на теле, огрубление голоса, уменьшение молочных желез, нарушения менструального цикла и др. У мужчин происходит разрастание молочных желез, наблюдается атрофия яичек, снижение половой потенции, бесплодие и т. д. Почему данные стероиды названы «анаболическими»? Как вы думаете, каковы причины изменений, происходящих при их приеме в организме женщин?

Слово "анаболик" переводится как "наращивать". Поскольку они являются производными гормона тестостерона, то при применении их женщинами в организме наблюдается избыток этого гормона, в связи наблюдается развитие признаков характерных для мужского пола.

resheba.com

Системный контроль регуляции жизнедеятельности в онтогенезе растений и его эволюционные предпосылки

Принцип системного подхода, получивший распространение в различных областях науки, предполагает анализ объекта во взаимодействии его составных элементов.

Объект при этом представляется как саморегулирующая система по принципу прямой и обратной связи — «самонастройка» развития. В разработке теоретических основ системного подхода применительно к индивидуальному и историческому развитию живых организмов велика заслуга И. И. Шмальгаузена, который обратил внимание не только на значение самого явления интеграции, но и факторов и механизмов, его определяющих на разных уровнях организации жизни (молекулярный, клеточный и т. д.). Значение указанных механизмов, по его мнению, состоит в преодолении влияния случайных вредных воздействий и развитии приспособлений к условиям среды для максимального использования ее ресурсов в процессах роста и размножения. Отсюда интеграция биологических систем выступает и как результат, и как предпосылка их дальнейшей эволюции. В итоге И. И. Шмальгаузен заключает, что «эволюция приобретает в определенных условиях существования характер направленного устойчивого движения («филогенетический гомеорезис»).

В плане углубления представлений о функциональной эволюции растений важно обобщить материалы предыдущих глав с точки зрения развития и проявления системного контроля регуляции их жизнедеятельности, т. е. онто- и филогенетических основ функциональной целостности растений.

Если принять во внимание систематическое разнообразие растений и специфику жизнедеятельности в онтогенезе у представителей разных видов, то сложность решения поставленного вопроса очевидна. Речь идет о необходимости оценки роли не только отдельного процесса метаболической цепи и продуктов метаболизма в жизнедеятельности растения, но и знания того, как устроен и работает сложный функциональный «ансамбль», каков генезис и механизм саморегуляции на уровне клетки, тканей, органов и целостного организма.

Ответ на вопрос связан с объективными трудностями (отсутствие знаний о роли метаболитов и процессов в онтогенезе и о путях их становления в филогенезе). Тем не менее функциональная целостность растений априори предполагается и ее слагаемые отчасти известны (Л. А. Курсанов, 1960, 1976; Э. Либберт, 1976; А Т. Мокроносов, 1981; В. В. Полевой, 1982; О. Н. Кулаева, 1982; М. К. Чайлахян, 1988; Н. Е. Street, W. Cockbum, 1972; G. R. Noggle, G. J. Fritz, 1993 и др.).

Сравнение данных о физиологии растений, относящихся к разным систематическим и экологическим группам, показывает, что в их онтогенезе происходит постепенная смена древних форм метаболизма (гетеротрофный тип обмена) на фототрофный с постепенным усилением (вычленением) его специфичности, характерной для представителей определенных видов. С другой стороны, все больше усиливается зависимость клеточного метаболизма от характера дифференциации и развития растения в онтогенезе. В связи с этим правомерно выделение иерархических уровней регуляции у многоклеточных растений, где целостность организма обеспечивается взаимодействием его частей и возникновением доминирующих центров (В. В. Полевой, 1982).

В основе функциональной целостности растений в онтогенезе лежит развитая система структурной организации и взаимосвязанных процессов. В системе регуляции доминируют донорно-акцепторные отношения, основанные на сопряжении механизмов фотосинтеза и гормонального аппарата (А Т. Мокроносов, 1981).

Приоритетная роль сопряжения указанных систем в росте, морфогенезе и репродукции далеко не случайна. В них замыкаются энергетическая основа роста и морфогенеза, а также процессы, контролирующие деление и дифференциацию клеток и экспрессию генов (что определяет специфику метаболизма и последовательной смены его этапов). Сопряжением механизмов фотосинтеза и гормонального аппарата обусловлено состояние и других процессов: дыхания, транспорта веществ, покоя, цветения и т. д.

Переход к фототрофному метаболизму и включение гормонального контроля регуляции оказались не только предпосылкой активного взаимодействия растений со средой, но и всех последующих процессов метаболизма и морфогенеза в онтогенезе. При этом достигается удовлетворение энергетических и морфогенетических потребностей самого организма и создаются запасы органического продукта, необходимого для воспроизведения. Такие важные механизмы, координирующие деятельность организма, как полярность корреляции и процессы регенерации вытекают из донорно-акцепторных отношений, сопряжения механизмов фотосинтеза и гормонального баланса. Сказанное не умаляет значения других звеньев метаболизма. Основополагающее значение процессов фотосинтеза и гормональной регуляции определило их и как наиболее чувствительные звенья метаболизма к колебаниям условий среды.

Естественно, что эффективность механизмов фотосинтеза и гормонального контроля зависит от состояния дифференциации клеток, тканей и органов, возраста, преобладания вегетативных или генеративных тенденций индивидуума. Интенсивность и продуктивность фотосинтеза регулируются не только внешними условиями, но и в большей степени потребностями самого организма, изменением в нем соотношения ассимилирующих и неассимилирующих структур, состоянием транспорта ассимилятов и т. п. Поэтому на разных этапах онтогенеза меняются вклад, ярусов листьев на побеге в создание продуктов фотосинтеза, настройка аппарата фотосинтеза (пигментов, хлоропластов, листьев) на восприятие света, продуктивность и интенсивность фотосинтеза параллельно с изменением уровня потребления продуктов ассимиляции CO2 и структурной организации индивидуума и т. д.

Очевидна и взаимосвязь между механизмами дыхания, поглощения и транспорта воды, органических и минеральных веществ, процессами фотосинтеза и гормонального контроля, а также между последними и устойчивостью растений к неблагоприятным условиям.

В онтогенезе процессы фотосинтеза и гормонального контроля обеспечивают успех индивидуума в размножении, и популяций в борьбе за существование. Но историческое предназначение механизма фотосинтеза имеет глобальное значение для развития жизни как системного явления Земли. Именно этим определяется экологическая роль и космическая функция растений в живой природе, в поддержании ее энергетическим материалом путем циклического круговорота кислорода, воды и оксида углерода.

Несмотря на важность связи между механизмом фотосинтеза и гормональным контролем у цветковых, она эволюционно и онтогенетически возникает не сразу. Сами эти явления возникают в разное время и в какой-то степени независимо. Наиболее древним следует признать механизм фотосинтеза, который не мог возникать из потребности самого организма по следующим причинам:

• линия фототрофности развивалась у разных групп прокариотов и этот процесс был длительным во времени (при ограниченности ПЖ индивидуума) и постепенным из-за наслоения новых реакций на более древние пути метаболизма;
• фототрофность, приведшая к выделению свободного кислорода (линия фотогидротрофии), первоначально имела летальный исход для индивидуума из агрессивности свободного кислорода;
• и в случае даже развития, механизма фотосинтеза его стабилизация зависела от потребностей жизни на Земле;
• эффективность фотосинтеза в геологические эпохи возрастает не в результате усовершенствования его физико-химических реакций, а биологических потребностей жизни.

Для удовлетворений потребностей отдельно взятого прокариотического организма достаточна низкая эффективность процесса синтеза органического вещества из неорганических. В рамках отдельной клетки шансы интенсификации механизма фотосинтеза оказывались крайне ограниченными, как и в масштабах одной фотосинтезирующей популяции. В связи с этим эволюционный запрос на повышение эффективности механизма фотосинтеза исходит от гетерогенности организации самой жизни в первичных биогеоценозах с преобладанием гетеротрофных форм и все усложняющегося индивидуального уровня (вслед за появлением многоклеточных). Толчком к усложнению последнего уровня опять-таки служили потребности самой жизни как единой системы на поверхности Земли. На этом этапе отбор, пожалуй, происходит на уровне первичных биогеоценозов со стабильной устойчивостью круговорота веществ и энергии. Хотя сегодня еще многое неясно в механизме действия отбора на уровне экосистем, реальность самого явления не вызывает сомнения. Именно экосистемный запрос служил предпосылкой дальнейшей эволюции фотосинтеза как биологического явления. В результате появляются растения с разными типами фиксации СО2 усложняется зависимость фотосинтеза от особенностей роста, дыхания, водообмена и т. д. растений. На этом этапе как раз складывается гормональная система растений и усиливается ее связь с процессами фотосинтеза из-за возрастания их биоценотической роли. Все это сопровождалось изменением индивидуальности и геометрии, структурной организации растений.

В итоге эра включения механизма фотосинтеза становится точкой отсчета в последующей эволюции жизни в направлении все большей индивидуальной и филогенетической ее дифференциации. При становлении фотосинтетического метаболизма, в онтогенезе как бы повторяются филогенетические его этапы в более быстром и укороченном виде, подготавливается и структурная база для реализации механизма фотосинтеза.

Сказанное свидетельствует о том, что механизмы фотосинтеза первично возникают из запроса самой жизни на планете и из потребностей поддержания первичных экосистем, а в последующем они развиваются с усложнением и дифференциацией биоценозов. По этой причине на базе общности реакций фотогидротрофии происходит эволюция фотосинтеза как сложного функцйонального и биологического системного явления. При этом фитоценоз, являющийся основой любой экосистемы, становится объектом отбора на устойчивость в определенных временно-пространственных границах. Вообще появление механизма фотосинтеза и поиск путей его эффективного использования признаны важными вехами в процессе жизни. Фотосинтез — арахимоз принципиального характера и большого масштаба (макроэволюционное событие) в системной организации жизни на Земле.

Для понимания эволюции природы системного контроля регуляции жизнедеятельности растений значение имеют и данные о возникновении механизма взаимодействия растений между собой и с животными в биогеоценозах, основанные на специфике химического состава видов. Для их анализа, обратимся еще к примеру коэволюции бобовых и бактерий-ризобиум, возникших независимо и в разное время. Способность бактерий к азотофиксации является более древним и самостоятельным приобретением, как и способность бобовых образовывать «псевдоклубеньки» в виде структур для накопления и хранения крахмала (Н. А. Проворов, 1996).

В последующем в меловом периоде в условиях нехватки в почве азота (столь необходимого для накопления биомассы растений, следовательно, через них и для процветания экосистем) складывается эффективная система симбиоза бобовых растений и бактерий-ризобиум. Эти отношения совершенствовались в ходе дальнейшей эволюции экосистем, о чем свидетельствуют слабое их развитие у современных наиболее древних представителей бобовых, усиление специфичности симбиотических отношений, усложнение структуры клубеньков и механизма их инфицирования у продвинутых представителей в умеренных широтах. Бобовые постепенно становятся фактором, определяющим генетическое разнообразие, численность и распространение популяций ризобиума, как и последние — фактором стабильности и полиморфизма растения-хозяина. Идет групповой и взаимный отбор на поддержание в каждом онтогенезе эффективности азотфиксирующей системы, состоящей из разных представителей живой природы; Результат отбора — обеспечение оптимального уровня чувствительности растения-хозяина к инфицирующему агенту и умеренной вирулентности последних, что сопровождается возрастанием концентрации генов у бобовых, участвующих в регуляции симбиотических взаимоотношений на клеточном и организационном уровнях, а у бактерий — генов, индуцирующих развитие клубеньков бобовых.

Системный контроль регуляции в той или иной форме проявляется в онтогенезе у всех растений, что выступает как результат их филогенетического развития. Отбор шел на усиление структурно-функциональной интеграции индивидуума, что привело к выработке механизмов поддержания гомеостаза. Эта механизмы отличаются у одно- и многоклеточных форм. У последних внутриклеточный гомеостаз усложняется системой регуляции на уровне тканей, органов и целого растения. Интеграционные процессы индивидуума у цветковых выражены по-разному в зависимости от степени его расчлененности и организованности онтогенеза.

Изменения в ходе эволюции онтогенеза и экосистем относятся к макроэволюционным, в их числе и механизмы фотосинтеза и гормонального контроля, примеры коэволюции видов растений и животных. Первично отбор на фототрофность выступал, по-видимому, как межвидовой. При этом оценивался успех видов в борьбе за существование по способности создавать органический продукт за счет использования энергии солнечного света. Конкуренция видов шла за ниши в толщах водоема с хорошим освещением. Однако межвидовой отбор не мог бы достичь больших результатов, если бы не возникали генетические изменения особей в пределах одной и той же популяции фототрофов по активности синтеза органического вещества из простых и легко доступных неорганических соединений среды. Именно индивидуальный отбор особей в пределах отдельных фототрофных популяций в направлении усиления тенденций фотогидротрофии сыграл решающую роль в выработке, а затем в стабилизации физико-химического механизма обеспечения энергией живых существ.

На примере становления механизма фотосинтеза (равно как и других крупных звеньев метаболизма, коэволюции видов) заметна связь микро- и макроэволюционных изменений. Исходно изменения возникают в популяциях, которые подвергаются индивидуальному отбору — преимущественному выживанию и размножению особей с выраженной генетической тенденцией к созданию органического вещества из неорганических компонентов среды благодаря поглощению энергии света. Однако по масштабу, биологическому назначению такие изменения выходят за пределы потребностей популяции. Они направлены на усиление взаимодействия разных видов с образованием устойчивых экосистем, где изначально продуценты органического вещества становятся ядром биоценоза.

Усиление же деятельности продуцентов, т. е. эффективности использования сформированного уже механизма фотосинтеза, на этапе развития экосистем исключительно зависит от межвидовых взаимоотношений — от состава и структуры экосистемы. Поэтому экосистемы и отличаются по показателю годичной продуктивности, выраженному величиной нетто-фотосинтеза с учетом затрат на дыхание. Устойчивость экосистем возрастает в случае преобладания в них фотосинтеза над скоростью биологического окисления органического вещества. Биологический этап в эволюции фотосинтеза как раз связан с усилением разнообразия форм жизни и возрастанием роли межвидовых отношений. В этой связи вполне реален прогноз о возможности изменения самих экосистем и перераспределения в них доминантов с потеплением климата Земли, как результат нарушения межвидовых отношений.

Такой процесс в будущем, как и в прошлом, может привести к изменению специфики системной регуляции жизнедеятельности растений на индивидуальном популяционно-видовом и биоценотическом уровнях. В основе этого процесса, окажется другое соотношение видов с С3-, С4-, CAM-типа растений, что приведет к изменению облика растительности и круговорота вещества в биоценозах.

Онтогенез у растений претерпевал изменения в ходе общей их эволюции, что выразилось в упрощении циклов развития и усилении дифференцировок, олигомеризации процессов и структур, интеграции индивидуума, ускорении темпов развития и автономизации онтогенеза. Эволюция онтогенеза растений привела к усилению целостности, развитию механизмов гомеостаза и устойчивости индивидуума к неблагоприятным условиям. Все это имело непосредственное значение для адаптации и дивергенции растений.

Проблема эволюции онтогенеза имеет много нерешенных аспектов. На фоне большой литературы по морфологическому и экологическому изучению растений разных таксонов все еще мало сведений, касающихся эволюционных преобразований функциональных особенностей организма на разных стадиях онтогенеза. По этой причине нет еще ясности о сфере применения некоторых положений эволюционной теории к преобразованию функциональной деятельности растений (учений рекапитуляции, филэмбриогенеза, прогресса и т. п.) и использования данных сравнительной фитофизиологии при построении филогенетических систем.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info

Регуляция процессов жизнедеятельности организмов и их связей с окружающей средой

2. Развивающие: формирование умений и навыков по анализированию данных, обобщению материала; развитие умения выдвигать и обосновывать предположения;

3. Воспитательные: побуждать учащихся к самоконтролю, вызывать у них потребность в обосновании своих высказываний, создавать ситуации успеха. Оборудование: рисунки (иллюстрации из книг), таблицы, проектор, экран, компьютер, ЭОР, презентация, учебник Тип урока: комбинированный (изучение нового материала)

Методы: урок проблемного изложения, частично-поисковый.

Структура урока:

I. Актуализация знаний.

2. Изучение нового материала.

1. Особенности регуляции процессов жизнедеятельности одноклеточных животных и их взаимоотношений с окружающей средой.
2. Диффузная нервная система кишечнополостных, особенности ее строения и роль в регуляции жизнедеятельности.
3. Рефлекс – как основа нервной деятельности организмов.
4. Усложнение нервной системы дождевого червя по сравнению с диффузной нервной системой гидры.
5. Особенности строения нервной системы и органов чувств членистоногих, обеспечивающие им более сложное поведение, основанное на инстинктах.

2. Закрепление.
3. Домашнее задание.
4. Подведение итогов.

Ход урока

Вступительное слово

1. Актуализация знаний.

"Все знают - бывают летучие мыши.

Но надо признать, хоть, конечно, обидно,

Что кошек летучих в округе не видно".

Котёнок подумал: "Так жить не годится!

И кошки сумеют летать, словно птицы!"

Нашёл он пропеллер, приделал к хвосту,

Подпрыгнул - и тут же взлетел в высоту!

Вот снизу собаки бегут по дорожкам,

Кричат: "Посмотрите, летучая кошка!"

А он обгоняет синичек и пчёл

И думает: "Я - настоящий орёл!"

О чем это стихотворение? (Ответы детей – о движении)

• Мы с вами изучили этот вопрос. На доске – картинки с изображениями животных, каждый из которых использует для передвижения разные способы. Чтобы вспомнить я предлагаю вам задания.

№2. Займемся решением биологических задач:

А) Тело рыб очень разнообразно по форме: у лещей высокое и сильно сжатое с боков; у скатов, камбалы – сплюснутое в спинно-брюшном направлении; у акул – торпедообразное. В связи с чем могли развиться такие особенности строения? (Особенности строения рыб связаны с приспособлениями к различным условиям жизни, к разным способам передвижения.) Б) Пресмыкающиеся с ногами и пресмыкающиеся без ног. Какие из них более древние? Почему так считаете? (Более древние пресмыкающиеся с ногами. Утрата ног – это приспособление к другому способу передвижения на суше и в воде) Учитель: Ребята, перед вами

В) Рисуночное письмо. (На доске – рисунки (№1-8))

Назовите черты приспособленности птиц к полету.

1. обтекаемая форма тела

2. легкие, полые кости

3. крылья, подъемная сила (зонтик)

4. перьевой покров

5. редукция зубов

6. воздушные мешки

7. быстрое пищеварение

8. киль, грудные мышцы. Г) Цветочный горшок с комнатным растением бальзамином положили на бок. Останутся ли в горизонтальном положении побеги этого растения? Ответ поясните.

(побеги через определенное время примут вертикальное положение. Связано это с силой гравитации и способностью органов растений к движению к солнцу (свету))

Символы: (Схемы на дереве – на доске)

Пресмыкающиеся – (крокодил, варан)

Стопоходящие – (медведь, обезьяна)

Пальцеходящие – (тигр, волк)

Копытные – (лошадь, олень)

Дирижерская палочка и полицейский жезл помогают представителям двух разных профессий выполнять свои профессиональные обязанности. Каковы функции этих предметов? (Можно продемонстрировать: Координатор (согласовывает) – дирижер с палочкой, регулятор (направляет) – полицейский жезл)

Учитель: Ребята, все жизненно важные процессы жизнедеятельности организма животных и растений осуществляются во взаимосвязи и в соответствии с процессами, происходящими во внешней среде. Любые изменения в окружающей среде тотчас влияют на живые организмы, и они перестраивают свою деятельность в соответствии с ними. То есть внутри организма есть некий инструмент, регулирующий и координирующий его работу. Учитель: Итак, запишем тему сегодняшнего урока «Регуляция процессов жизнедеятельности организмов и их связей с окружающей средой». Слайд №6.

Учитель: У инфузории – туфельки, имеются особые волокна, которые пронизывают ее и координируют работу ресничек. Если их повредить, то биение ресничек станет беспорядочным, а движение инфузории – хаотичным. Эвглена зеленая имеет специальный органоид светоощущения – светочувствительный глазок, поэтому когда ее помещают в темное место, она устремляется к свету. Слайд №7

Учитель: Значит, живые организмы обладают способностью к регуляции и координации своих процессов, в том числе и простейшие.

Сегодня на уроке нам помогут такие понятия как:

Раздражимость – способность отвечать на воздействия

Чувствительность – восприятие раздражения

Регуляция – направление, упорядочивание.

Координация – согласование, установление взаимосвязи (запись в тетрадь) № 8. ЭОР анимация. Посмотрите, что происходит с амебой и инфузорией?

(почувствовали соль, проявили раздражимость)

Учитель: В ходе эволюции процессы координации и регуляции усложнялись, совершенствовались. Так впервые появилась нервная система Слайд №9.

Учитель: У кого она впервые появилась?

(Диффузная, или сетчатая нервная система гидры – кишечнополостные.)

Слайд №10

Учитель: А теперь проведем небольшое исследование:

Опишите, что произойдет с гидрой, если ей нанести укол, прикоснувшись к одному из щупалец? (гидра сожмется в комок, станет похожей на бочонок)

Игла → нервная (звездчатая) клетка → раздражение → результат (сокращение)

№12 ЭОР анимация: раздражимость гидры.

3. Рефлекс – как основа нервной деятельности организмов.

Слайд №13, 14

Рефлекс - ответная реакция организма.

Учитель: Как вы думаете, могут быть рефлексы у инфузории туфельки, у амебы? (нет, у них нет нервной системы, только раздражимость). Слайд № 15

Учитель: Таким образом,

Вывод: работа нервной системы осуществляется на основе рефлексов. Они могут быть направлены на удовлетворение потребностей организма в пище, воде, безопасности и способствуют выживанию организмов. Физкультпауза. Слайд №16, 17

Учитель: В ходе эволюции нервная система прошла несколько этапов:

-Итак, диффузная, затем ступенчатая и узловая, трубчатая. (запись в тетрадь)

4. Усложнение нервной системы дождевого червя по сравнению с диффузной нервной системой гидры.

Слайд №18, 19

Учитель: У знакомого нам дождевого червя нервная система усложняется и относится к типу - узловая. Почему? Посмотрите, у него тело похоже на подводную лодку с отсеками. В каждом таком отсеке находится 1 нервный узел.

(отсюда название – узловая)

Учитель: Где находится у дождевого червя самый крупный нервный узел? Почему передний конец червя обладает наибольшей чувствительностью?

(Над глоткой – надглоточный, от него отходят многочисленные нервы, и потому этот конец тела более чувствителен)

4. Особенности строения нервной системы и органов чувств членистоногих, обеспечивающие им более сложное поведение, основанное на инстинктах.

Учитель: У насекомых и других членистоногих животных нервная система имеет тоже узловой тип строения, но поведение их более сложное. Как вы можете это объяснить?

(У насекомых наиболее сильно выражены надглоточный узел и органы чувств.)

(Сооружение муравейников, «разделение труда» у муравьев и пчел, «танцы» пчел, построение сот.)

Учитель: Что лежит в основе этих видов деятельности?

(Инстинкт)

Учитель: Укажите отличие инстинкта от рефлекса и выпишите определение в тетрадь.

Инстинкт – это последовательность рефлекторных действий.

Например, поиск места и строительство нор.

(Демонстрация сот шершня)

Слайд №24. Видеофрагменты: «Пчелиная семья» и «Муравьи и тли» Слайд №25 III. Домашнее задание: Изучить раздел 17 до слов «У позвоночных…» на стр.114. Ответить на вопросы в конце раздела из рубрики «Проверьте свои знания» №1- 4, 6-7. Выучить новые термины. IV. Закрепление.

1. Заполнить таблицу «Строение нервной системы». (можно зарисовать)

2. Работа с текстом.

Известие от Губки Боба (Квадратные штаны):

«Привет, друзья! Как вы знаете, я живу в океанических глубинах, но так хочу побывать у вас в гостях! Моя подруга Гидра бесчувственна, ей все равно, где проводить время - в океане или с вами.

А я представляю, как буду гулять по лесу, в котором свежий и прохладный воздух. Где-то щебечут птицы, по стволам деревьев ползают дождевые черви, заранее составляющие маршрут движения сами. Вот стучит по стволу дятел своим клювом, доставая из-под коры личинки насекомых. Сами взрослые насекомые никогда не попадают в клюв птиц, ведь говорят, что они могут мыслить, потому что у них развит мозг. В траве шуршит одиночный муравей, строящий норку для себя.»

3. Диаграмма шести слов: (элемент кейс-технологии)

Результат в виде таблицы.

Слайд №26.

Итог урока:

1. Нервная система – координатор и регулятор процессов жизнедеятельности организмов.
2. В основе деятельности нервной системы лежат рефлексы.
3. Усложнение нервной системы дает преимущество в быстроте и точности ответных реакций.

Во время съёмок одного фильма свинья Мотя, валяясь в грязной луже, должна была сжевать бумагу. Мотя с радостью выполняла полдела (валялась в луже), но категорически отказывалась жевать бумажный лист. Какой выход нашла известная дрессировщица Наталья Дурова? (Бумага была облита сгущёнкой)

Поделитесь с Вашими друзьями:

zodorov.ru

Регуляция процессов жизнедеятельности | Биология

Вспомните1. Какие свойства живого вам известны?2. Какие типы регуляции процессов жизнедеятельности у животных вам известны?

Организм человека обладает всеми свойствами и признаками, которыми должно обладать любое живое существо. Они проявляются у человека как на уровне целого организма, так на уровне каждой его структуры, начиная с клетки, и связаны с основными процессами жизнедеятельности. Среди них такие процессы, как движение, обмен веществ, возбудимость, рост, развитие и размножение.

Важнейшим свойством любой живой системы является саморегуляция. У человека проявление данного свойства выражается в деятельности всех структур организма, направленной на поддержание относительного постоянства их состава, структуры и функционирования гомеостаза. Именно на поддержание гомеостаза направлена согласованная работа функциональных систем организма человека в реальных изменяющихся условиях его жизни.

Регуляция жизнедеятельности. Согласованная работа организма управляется нервной системой и железами внутренней секреции (гуморально). Они работают как единое целое - нейрогуморальная регуляторная система. В чём же разница между нервной и гуморальной регуляциями?

Нервная регуляция осуществляется очень быстро: к органу по нервным клеткам приходят электрические сигналы, называемые нервными импульсами. Вот эти-то нервные импульсы или усиливают работу органа, или тормозят её. Электрические сигналы распространяются по нервам с огромной скоростью (до 100 м/с), но действуют только в тот момент, когда подходят к органу, то есть их эффекты краткосрочны.

Гуморальная регуляция (от лат. гумор – жидкость) происходит при помощи особых веществ гормонов (от греч. хормао – привожу в движение, возбуждаю), чаще всего выделяемых специальными железами. Эти вещества разносятся кровью по всему организму и способны, взаимодействуя с клетками различных органов, регулировать их работу. Конечно, на выработку этих веществ и их перенос с током крови требуется больше времени, чем на распространение нервных импульсов, поэтому гуморальная регуляция более медленная по сравнению с нервной. Но зато воздействие этих веществ на работу органов и тканей более продолжительно.

Нервная регуляция осуществляется в соответствии с рефлекторным принципом. Рефлекс — это ответная реакция организма на какое-либо воздействие, происходящая при участии нервной системы. Примерам может служить отдёргивание руки от горячего предмета. Путь, по которому осуществляется рефлекс, называют рефлекторной дугой (рис. 11). Он представляет собой последовательно соединённую цепочку нервных клеток нейронов: чувствительных, вставочных и двигательных. Для осуществления рефлекса необходима целостность рефлекторной дуги. Выключение её звена ведёт к исчезновению рефлекса.Рис. 11. Общая схема рефлекторной дугиПроявление рефлекса вызывается раздражением специальных нервных клеток рецепторов и выражается в работе каких-либо исполнительных (рабочих) органов эффекторов. Чаще всего это мышцы или железы.

blgy.ru

Интеграция и регуляция транспорта веществ в растении

Перемещение веществ – одна из наиболее важных функций, осуществляемых всеми живыми организмами, один из основных процессов жизнедеятельности. Процессы перемещения зависят не только от внешних условий, в значительной мере их определяет сам живой организм: пассивно в меру своих структурных особенностей, или активно за счет метаболического переноса энергии. Корневая система обменивается веществами с почвой или средой, в которой растет растение, а побег с атмосферой. Проблема перемещения веществ обусловлена разными функциями побега и корней. Типичной функцией корней является обеспечение поступления минеральных веществ и воды. Эти вещества поступают в клетки корня, распределяются по разным тканям, и в конечном счете, перемещаются в надземную часть растений. В интактных растениях в корнях остается из поступающих ионов не более 3 % кальция, 16 % калия, и 25 % фосфора. Большая часть поступающих питательных веществ переносится в побег.

С другой стороны, как следует из предыдущего изложения, было бы чрезмерным упрощением утверждать, что в клетки листьев ионы просто поступают из раствора, переносимого с транспирационным током. Передвижение ионов по ксилеме и поступление из апопластов листа – это лишь одна сторона ионных взаимодействий. Столь же важен переход ионов из листьев во флоэму. Вход и выход ионов из листьев высших растений  тесно связан также с ростом листьев, и следовательно, с их возрастом. Такая связь с ростом довольна сложна. Она не только отражает возрастающую потребность в воде и растворенных в ней веществах для наполнения вакуолей растущих клеток листьев. Это также результат превращения растущего листа из акцептора субстратов в донар в случае, когда накопление продуктов фотосинтеза в листе перекрывает потребности роста и обмена веществ.

Рассмотрим схему взаимодействия побега и корня при поглощении и восстановлении нитратов, предложенную Бен – Циони с соавторами. Эта схема объединяет активность корней и листьев, связанных через ксилему и флоэму, при поглощении и восстановлении NO3 –. Вначале отметим, что восстановление NO3 – до Nh4и ассимиляция азота после поглощения KNO3 требует регуляции рН в клетках, т. к. образуется ОН – (рис. 5.24).

Этот процесс компенсируется темновой фиксацией СО2 и образованием дикарбоновых органических кислот, главным образом яблочной. В результате на моль NO3 – должны быть поглощены 2 моля K+ и высвобожден 1 моль Н+, что приводит к подкислению внешнего раствора.

Рис. 5.24. Подщелачивание клетки при поглощении и восстановлении нитратов

Второй акт регуляции обусловлен ограниченной способностью корней восстанавливать нитраты; насыщение происходит при сравнительно низкой концентрации KNO3. Избыток нитратов, поглощенных корнями, передвигается в надземную часть, которая, вероятно, служит основным местом восстановления нитратов.

KNO3 поступает в побеги с транспирационным током по ксилеме, нитраты восстанавливаются в листьях, а СО2 фиксируется с образованием яблочной кислоты. Однако малат калия не запасается в вакуолях, а челночно перемещается по флоэме в корни. В корнях в результате декарбоксилирования малата образуется анион НСО3 –, необходимый для обмена NO3 –, а K+ остается в клетках корня и служит противоионам при перемещении NO3 – в надземную часть растения. Такой челнок побег-корень позволяет поглотить больше нитратов, чем калия и решает проблему регуляции рН при восстановлении нитратов (рис. 5.25).

Рис. 5.25. Взаимодействие корней и побегов целого растения при поглощении и восстановлении нитратов

Основное возражение против проведенной схемы базируется на количественной оценке передвижения K+. Нисходящий транспорт K+ по флоэме должен идти, также быстро, как восходящий транспорт KNО3 по ксилеме. Обычно этого не наблюдают: скорость транспорта по флоэме ниже.

Тем не менее, схема Бен – Циони и др. может быть весьма полезной, при рассмотрении взаимодействия корень-побег, но требует дальнейшей детализации.

Исходя из наших сегодняшних знаний, можно заключить, что во взаимодействии различных растений участвуют три различные типы информационных сообщений (рис. 5.26).

– собственно транспорт и две связанные с ним составляющие;

– энергетическое состояние растений;

– высокочувствительная сигнальная система.

В этих процессах концентрация ионов и веществ, поставляющих энергию и уровни гормонов служат основными элементами системы обратной связи между листьями и корнями. Пути дальнего транспорта по ксилеме и флоэме связывают листья и корни, так, что процессы поглощения ионов в листьях и корнях зависят друг от друга. Как уже отмечалось, ионы передвигаются не только по ксилеме от корней к листьям, но и в обратном направлении по флоэме. Такая обратная связь от побега к корню, вероятно, обеспечивает информацией корни о содержании ионов в побеге, что и влияет на процессе поглощения элементов (рис. 5.27).

5.27. Регуляция ионного баланса и водного режима благодаря связи и взаимодействию побега и корня: сплошные стрелки – ближний, средний и дальний транспорт; прерывистые – другие взаимодействия. П – поступление ионов в симпласт, Э – экспорт в ксилему

Продукты фотосинтеза, по преимуществу сахара, передвигаются по флоэме из побега в корень, снабжая последний углеводными соединениями и энергией, необходимыми для активного поступления и транспорта ионов.

Не вдаваясь в анализ обширного экспериментального материала, отметим, что изменение энергообеспеченности растения при коротком периоде фотосинтеза влияет на ионные взаимоотношения в растения через поступление ионов в корень, а не через поглощение ионов клетками листа. С другой стороны, показано, что величины мембранных потенциалов в клетках корня тесно связаны с процессами, происходящими во всем растении.

Выделяют два уровня сигнальной связи в растениях. Первый уровень дальней связи создается перемещением фитогормонов и транспортом различных метаболитов. Однако этот тип связи не может обеспечить быстрой координации функций растений. Вспомним, что поток ассимилятов перемещается по флоэме со средней скоростью 100 см/ч (реже 50 см/ч), поэтому передача информации может происходить сравнительно медленно. Так, для растений высотой 2 м она займет 2 ч. Не быстрее работает связь, основанная на транспорте фитогормонов (например, ауксин, может двигаться базипетально со скоростью 1–2 см/ч).

Волна же ПД, распространяющаяся по проводящим тканям со скоростью 4 000–6 000 см/ч в состоянии обеспечить быструю первоначальную связь между органами, т. е. распространение ПД можно рассматривать как тип специальной экстренной сигнальной связи в растительном организме, относящийся ко второму уровню функциональных связей.

Электрическую сигнальную систему растений можно проследить на примере рассмотрения связи ПД с транспортом минеральных и органических веществ на средние и дальние расстояния.

Физиологическое значение этой связи было установлено в опытах по изучению кинетики функционального ответа под влиянием ПД. Было показано, что внешний фактор (2,4-Д, 4·10 –5 М), нанесенный на верхушку проростков вики, вызывает в надземной части появление базипетально распространяющегося ПД. Вслед за поступлением ПД в корни, что контролировалось по смещению их электрического потенциала, наблюдалось быстрое изменение поступления меченного фосфора из питательного раствора. Изменение поглотительной функции корней носило колебательный характер и при кратковременном (1 мин) действии раздражителя на верхушку проростков затухало к 30 мин опыта. Причастность ПД к наблюдаемым явлениям подтверждалось быстротой ответа. Реакция была неспецифической, ибо аналогичные зависимости регистрировались при действии и других факторов раздражения (2,4,5-Т, 4·10 –5 М; KCl, 1 М и т. д.). Но быстрота ответа коррелировала только со скоростью распространения ПД и не могла быть объяснена перемещением какого-либо химического фактора, в том числе и самого раздражителя.

При непрерывном действии внешнего фактора начальные функциональные сдвиги (8–10 мин) носят такой же характер, как и при кратковременном воздействии. Это еще раз подтверждает неспецифичность данного этапа ответной реакции. В дальнейшем (после 10 мин) функциональная активность (поглощение 32Р) выходит на определенный уровень и приобретает устойчивый характер.

Расчеты показывают, что именно к этому моменту у растений может вступить в действие химическая связь (при средней скорости 100 см/ч).

Таким образом, одиночный ПД, возникший под влиянием внешнего раздражителя и выполняющий роль сигнала, достигнув того или иного органа, может вызвать кратковременные (колебательные) изменения той или иной функции, носящие подготовительный характер. Механизм трансформации ПД в функциональный ответ является, по-видимому, многоступенчатым (рис. 5.28).

Рис. 5.28. Схема возможных неспецифических подготовительных реакций, возникающих в органах «обычных» высших растений под влиянием ПД

В тех органах, по которым ПД распространяется и которых он достигает происходит электротоническое изменение мембранного потенциала клеток. Это в свою очередь, непосредственно влияет на структурное состояние мембранных систем, ответственных за пассивный и активный мембранный транспорт (каналы транспортные АТФазы). В результате меняются ионные соотношения в клетках, что приводит к изменению активности ряда ферментативных систем и интенсивности протекания физиологических процессов.

Следует также отметить, что генерация и распространение ПД у высших растений непосредственно связаны с возникновением весьма существенных ионных потоков, которые в состоянии вызвать заметные сдвиги обменных процессов в клетках, непосредственно примыкающих к каналу проведения возбуждения.

Кратковременные функциональные сдвиги, вызванные ПД, могут, однако, давать начало более устойчивым изменениям, если влияние раздражающего фактора будет продолжено. Механизм такого пролонгированного действия внешнего фактора, по-видимому, различен. В одних случаях, реакция обусловлена спонтанно повторяющимися с определенной частотой ПД, поступающих в соответствующий орган; в других – включается химическая связь, которая может быть обусловлена гормональной или фитохромной системами.

Последние и составляют первый уровень связи регуляции процессов мембранного транспорта. Фитохром и фитогормоны – это сигнальные системы, регулирующие многие процессы в растениях. Многие транспортные процессы связаны с фитохромной или гормональной регуляцией жизнедеятельности растений.

На основании последних данных можно предполагать, что в клетках растений фитохром локализован внутри различных мембран или, по крайней мере, тесно связан с ними. Фитохромзависимые биоэлектрические эффекты указывают на возможность прямой связи между мембранным транспортом и фитохромной системой. В частности показано, что накопление и выброс Са2+ протопластами клеток первичного листа этиолированных проростков овса контролируется фитохромной системой.

В этой связи сигнальная роль фитохрома возможно связана с передачей биоэлектрической реакции от одних органов и тканей к другим, как и в рассмотренном нами случае – распространением волны ПД.

Вообще, следует отметить, что большинство известных фитогормонов (ИУК, АБК, гиббереллины, кинины) также воздействуют на мембранные транспортные процессы.

В принципе существуют три различных способа воздействия фитохрома и фитогормонов на мембранный транспорт:

–  регуляция ферментов;

–  действие непосредственно на мембрану;

–  влияние на энергетический метаболизм и на доступность метаболической энергии для транспортных процессов.

ИУК влияет на структуру и вязкость клеточных мембран, а также на ионный транспорт в растительных тканях. В определенных условиях ИУК избирательно действует на поглощение анионов и катионов. ИУК действует как активатор протонного насоса, функционирование которого связана с переносом многих ионов и органических веществ.

АБК увеличивает проницаемость клеток корня для воды, влияет на K+-Na+ избирательность ткани корня свеклы.

АБК угнетает Н+-калиевый обмен в замыкающих клетках устьиц. Чтобы вызвать закрывание устьиц, достаточно удвоить содержание АБК. И, наоборот, при водном стрессе и завядании содержание АБК в листьях может увеличиваться в 40 раз. Таким образом, система АБК в листьях растений обеспечивает тонкую регуляцию их водного режима. Образуемая в листьях АБК может передвигаться в корни, скорее всего, по флоэме. Возможно, что дальний транспорт АБК в корень и обеспечивает соответствующую регуляцию водного режима в корне.

Однако, АБК может образовываться и в корне, поэтому может не быть необходимости в ее передвижении к корню. Тем не менее, транспорт АБК, образуемой при засухе в побеге, по флоэме в корень может быть важным сигналом во взаимодействии побег-корень при засухе.

Приведенные здесь примеры не дают еще полного понимания регуляции транспорта в целом растении; они показывают пути подхода к пониманию взаимосвязей и взаимодействия отдельных транспортных процессов, происходящих в интактном растении. Естественно, что еще нужно много данных, особенно для уточнения количественных аспектов систем обратной связи.

biofile.ru

Смотрите также

• 
  Реаниматор для растений
• 
  Растение потомок кардона
• 
  Растение костра фото
• 
  Полезные растения облепиха
• 
  Мелисса высота растения
• 
  Вестник защиты растений
• 
  Багульник описание растения
• 
  Физиология растений веретенников
• 
  Горец почечуйный растение
• 
  Пшеница происхождение растения
• 
  Хом защита растений