Задачи физиологии растений. Лекция 1. Предмет и задачи физиологии растений

Детский сад № 4 "Золотая рыбка"

город Карпинск Свердловской области

 
Главная » Растений » Задачи физиологии растений

Предмет, задачи и методы физиологии растений. Задачи физиологии растений


Лекция 1. Предмет и задачи физиологии растений

План лекции (2 часа):

  1. Предмет изучения физиологии растений

  2. Методы физиологии растений

Физиология растений – наука, которая отпочковалась от ботаники – одной из древнейших наук, известных человечеству. Ботаника – наука о растениях – некогда была единой наукой.

По мере накопления фактических данных и по мере проникновения пытливого ума человека глубже «в суть вещей» ботаника разрослась и дифференцировалась на научные дисциплины, ставшие самостоятельными. Родились и развиваются анатомия растений, морфология, эмбриология и др.

С другой стороны произошла узкая специализация по разделам ботаники: по высшим растениям и низшим, а среди последнего раздела – по мхам и лишайникам (лихенология), грибам (микология) и т.д.

Итак, дифференциация ботаники пошла далеко и разнообразно и это способствовало углублению знаний, прогрессу в науке.

Среди первой группы ботанических дисциплин находится физиология растений.

Физиология растений – это наука о жизненных процессах, происходящих в растительных организмах. Она ставит своей задачей полное ознакомление с жизнедеятельностью растений с целью получения от них наибольшего количества нужных нам продуктов. (Несколько однобоко, так как растения – это среда нашего обитания – это «легкие» планеты, это – неповторимый живой мир, познание которого приблизит, может быть, к пониманию того, что есть жизнь).

Изучение жизни живых организмов требует вскрыть присущие ей противоречия. Жизнь – непрерывные процессы созидания, синтеза, а также непрерывные процессы распада, разрушения разнообразных веществ. Не случайно Ф. Энгельс писал «жить – значит умирать», а французский естествоиспытатель Клод Бернар говорил: «Жизнь – это смерть».

Физиология растений стремится изучить отдельные процессы, происходящие в растениях, и выяснить роль каждого из них в общем ходе всех жизненных процессов целого растения.

В этих целях глубоко исследуются отдельные физические и химические явления, происходящие в каждом органе, тканях, клетке.

Вслед за анализом отдельных процессов, физиология растений воссоздает картину жизни целого растения, как самоподдерживающейся, саморегулирующейся системы. Физиология растений вскрывает и устанавливает взаимосвязи всех физиологических процессов, происходящих в целом растении.

Интересы физиологии растений не ограничиваются организационным уровнем, рассмотрением отдельного организма. В сфере интересов физиологии растений находятся и надорганизменные системы: биоценозы, посевы, насаждения леса.

Любой организм непрерывно взаимодействует с внешней средой. Внешняя среда изменчива. Изменения вызывают адекватный отклик живого организма на внешний раздражитель и влекут за собой изменения в ходе реакций, обусловливающих жизнедеятельность организмов. Рассмотрение жизнедеятельности растений во взаимодействии со всем комплексом условий окружающей среды породило экологическую физиологию.

Вопросы биологического саморегулирования становятся одной из центральных проблем завтрашнего дня.

Проблема саморегуляции в растительных организмах переводит физиологию растений от описания процессов в область активного управления ими путем воздействия на регуляторные механизмы клеток, организмов и их сообществ.

Итак, что же изучает физиология растений?

Основная задача физиологии растений – объяснить, как растут деревья и как физиологические процессы и внутренняя среда реагируют на окружающие условия и антропогенные воздействия. Исследование таких процессов, как фотосинтез, передвижение веществ, ассимиляция, дыхание, транспирация могут показаться далекими от практических задач лесоводства и садоводства. Однако, рост – это результат взаимодействия физиологических процессов, и чтобы понять, почему деревья растут не одинаково в разных окружающих условиях и при различных агротехнических воздействиях, необходимо знать природу этих физиологических процессов и как на них влияют окружающие условия.

Таким образом, физиологи растений в первую очередь заинтересованы в изучении того, как растут растения, а, к примеру, работники лесопаркового хозяйства, лесоводы и садоводы – в том, как вырастить деревья лучшего качества. Эти две цели взаимосвязаны более тесно, чем может показаться, так как для успешного выращивания деревьев необходимо понимание основных физиологических процессов, управляющих ростом, и влияние на них факторов окружающей среды и агротехнических мероприятий.

Усилия лесоводов-озеленителей, лесоводов и садоводов направлены на создание подходящих генотипов и факторов окружающей среды для того, чтобы управлять именно физиологическими процессами, которые действительно регулируют ростовые процессы. Для результативного и умелого подхода они должны понять природу основных физиологических процессов, их роль в ростовых процессах и реакцию на действие различных факторов внешней среды.

Итак, физиология растений изучает процессы жизнедеятельности растительного организма, что же это за процессы, которые мы с вами будем изучать?

К основным физиологическим процессам относятся:

Фотосинтез – синтез углеводов из СО 2 и Н 2О на свету в листьях.

Дыхание – окисление питательных веществ в живых клетках, в результате которого высвобождается энергия, используемая при ассимиляции, поглощении минеральных веществ и других процессах, идущих с затратой энергии.

Ассимиляция – преобразование питательных элементов в новую протоплазму, клеточные оболочки и другие структуры (процесс роста).

Абсорбция – поглощение воды и минеральных веществ из почвы, кислорода и СО 2 из воздуха.

Транспирация – потеря воды в виде паров.

Рост – постоянное увеличение размеров.

Регуляция роста – сложные взаимодействия гормонов и баланса питательных веществ.

Размножение – образование цветков, плодов, семян.

Задача физиологов заключается в исследовании процессов, изучении их механизмов, наблюдении их реакции на различные окружающие условия и определении их роли в ростовых процессах.

От полноты знаний физиологов о механизмах основных физиологических процессов зависит помощь, которую они смогут оказать лесоводам и садоводам в решении их практических задач. При достаточных знаниях физиологических требований растения можно предсказать поведение отдельных видов определенных почвенных и климатических условиях, или их реакцию на те или иные агротехнические воздействия.

Какими же методами пользуется физиология растений в решении стоящих перед ней задач?

studfiles.net

Предмет и задачи физиологии растений.

Поиск Лекций

Физиология растений — это наука, изучающая жизненные явления или функции растительного организма в связи со структурами растения и условиями окружающей среды (наука о процессах, происходящих в растительном организме).

Физиология растений делится на две большие ветви: общая физиология и прикладная. Первая изучает общие закономер-ности жизни растения или общие законы протекания физиологических процессов. Для подобных исследований выбираются наиболее подходящие объекты — такие, где изучаемый процесс можно наблюдать в чистом виде. В общей физиологии та-ким объектом могут быть низшие растения (одноклеточные водоросли), а при изучении высших растений исследование ве-дется на низших уровнях организации живой материи (молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом). Полученные при этом результаты обычно являются теоретической основой для частной физиологии.

Прикладная, физиология изучает жизненные функции определенных видов растений в конкретных экологических условиях. Выбор объекта здесь обусловлен практическими целями, а полученные результаты используются непосредственно в агро-номии или в селекции. Исследования ведутся обычно на высоких уровнях организации живой материи — органе, целом ор-ганизме — растении, фитоценозе. Эта ветвь физиологии растений выступает теоретической базой для агрономических наук. Задачами ф.р. являются: изучение развития растительного организма (для выращивания высокопродуктивных сельскохо-зяйственных растений и защиты их от неблагоприятных экологических факторов). А также в изучении ж/д растения (меха-низмы питания, роста, движения, размножения и др). Ф. р. соприкасается с науками: 1) ботаника — анатомия и морфология растений, которые дают представление об объекте;2) математика, физика, химия, которые дают начало разработке физиологических методов анализа. Ф. р. служит основой целого ряда агрономических наук:

Практическое значение: Ф.р. имеет большое практическое значение в агрономии. Например, указывает пути повышения урожаев, предлагает принципиально новые агротехнические приемы (внесение мин. удобрений). Благодаря ф.р. были пред-ложены приемы светокультуры растений и досвечивания рассады, а также использование фитогормонов и синтетических регуляторов роста. Ауксины стимулируют корнеобразование при вегетативном размножении древесных растений, предо-храняют завязи томатов от опаде-ния и усиливают рост плодов. Гиббереллины стимулируют рост стебля у прядильных растений, увеличивают урожай плодов бессемянного винограда.Цитокинины оказывают антистрессовое действие, защищают растения от неблагоприятных факторов (низких t° и засухи).Многие регуляторы роста благодаря широкому спектру действия могут быть использованы на разных культурах и с раз-личными целями. Так, хлор-холинхлорид (препарат ССС, или ТУР) применяется для повышения зимо-стойкости озимых, засухоустойчивости яровой пшеницы, холодоустойчиво-сти проса и огурцов. Аминная соль 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д) при высоких концентрациях применяется как гербицид, а при более низких концентрациях это вещество ауксиновой природы способно стимулировать рост.

4 Значение русских и сов.ученых/Впервые идею о воздушном питании растений высказал в 1753 М. В. Ломоносов, который отметил, что деревья, растущие на бедном питательном веществами песке, не могут получить через корни необходимого количества питательных веществ, и сделал вывод, что растения получают питание через листья из воздуха.\М. С. Воронин в 1866 доказал, что клубеньки, образующиеся на корнях бобовых растений, имеют бактериальную природу.\ Н.И. Железнова (1847 – 1867гг), который провёл впервые в России исследования по эмбриологии растений и положил начало работам по физиологии растений.\ А. Н. Бах в 1896–97 создал перекисную теорию биологического окисления, являющуюся фундаментом современной теории радикалов. Перекисная теория послужила толчком к интенсивному изучению химизма и энзимологии дыхания.\ В. О. Таусон первым начал исследовать энергетические параметры дыхания.\К. А. Тимирязев исследовал зависимость фотосинтеза от интенсивности света и его спектрального состава и при этом установил, что из углекислого газа, находящегося в воздухе, растения ассимилируют углерод за счет энергии солнечного света.

 

5, Растительная клетка как основа ж/д организма.Клетка — основная структурная и функциональная единица растительного организма, в которой протекают все процессы жизнедеятельности. Как известно, у растений нет систем органов, есть только ткани и клетки, которым свойствен-ны различные функции, другие же функции (например дыхание) выполняются всеми клетками без исключения, т. е. внутри-клеточно. Растительная клетка имеет твердую наружную оболочку, пластиды, вакуоли. Для взрослой клетки характерно наличие вакуоли — полости, заполненной клеточным соком. Протопласт состоит из цитоплазмы и включенных в нее круп-ных органелл, видимых под световым микроскопом: ядра, пластид и митохондрий. Кроме того, цитоплазма содержит многочисленные субмикроскопические структуры, такие, как аппарат Гольджи, ЭПС, рибосомы и др., которые погружены в матрикс цитоплазмы — гиалоплазму.Оболочка клетки: придает тканям растений механическую прочность. Служит противоинфекционным барьером. Состав: целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества, липиды и небольшое количество белков. Тонкие волокна целлюлозы переплетаются и составляют сетчатую структуру клеточной оболочки, которая погружена в аморфную желеобразную массу — матрикс.. матрикс обеспечивает пластические свойства — способ-ность к растяжению.. Клеточная оболочка находится в набухшем состоянии. Она обладает низким сопротивлением, поэтому легко пропускает воду и растворенные в ней вещества. В клеточ-ных оболочках имеются поры, через которые проходят тяжи цитоплазмы — плазмодесмы. Плазмодесмы одной клетки связаны с плазмодесмами другой. В стареющих клетках оболочка пропитывается лигнином и суберином, теряя эластичность и проницаемость.Цитоплазма — это основная часть протопласта, в которой размещены все органеллы клетки.. Основой цитоплазмы являются белки, молекулы которых большей частью настолько крупные, что не растворяются в воде (кроме альбуминов) и образуют коллоидные растворы.. Мембраны. Различают два типа мембран — ци-топлазматические и внутриклеточные. Цитоплазматические ограничивают цитоплазму со стороны оболочки (п л а з м а л е м м а) и со стороны вакуоли Мембраны состоят из двух слоев липидов, где много фосфолипидов. Мембраны имеют мелкие поры, через кото-рые пассивно могут проходить низкомолекулярные вещества. Функции цитоплазматических мембран: Структурная - создание по-верхностей раздела двух частей клетки, что необходимо для раздельного размещения ферментов и упорядочения проте-кания ферментативных реакций обмена веществ. Транспортная - поглощение и выделение веществ (полупроница-емость или избирательная проницаемость) и регуляция пассивного и активного транспорта через мембрану. Осмотическая - поддержание осмотических свойств клетки. Энергетическая - аккумуляция и трансформация энер-гии, прежде всего световой, и создание электрохимических потенциалов. Рецепторно-регуляторная — воспри-ятие внешних сигналов-раздражителей и передача ответных сигналов клетки как реакции на раздражение.Ядро — это основная органелла клетки, в которой сосредоточена большая часть наследственной информации. В молодой клетке ядро расположено ближе к центру, в выросшей оно смещается к оболочке вместе с цитоплазмой. Диаметр от 5 до 20 мкм. Ядерная оболочка состоит из двух мембран — наружной и внутренней,. На внешней мембране расположено большое число рибосом. Ядерная оболочка имеет поры, с помощью которых происходит обмен между ядром и цитоплазмой. Нуклеоплазма (внутреннее содержимое ядра) включает белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы, минеральные соли и другие вещества. В ядре находятся хромосомы (сост. ДНК, белка, неб. кол-ва РНК и липидов). В ядре имеются одно или несколько ядрышек, в которых содер-жатся белки, РНК и неб. кол-во ДНК. В ядрышко входят рибосомы, в которых синтезируются ядерные белки. Функции: передача наследственной информации (репликация), хранение информа-ции (интерфаза).Митохондрии— центры окислительных процессов, в них осуществляется большая часть реакций дыхания. Окисление субстрата в процессе дыхания происходит на наружной мембране, которая характеризуется высокой проница-емостью для низкомолекулярных соединений. Процесс фосфорилирования, т. е. накопления освобождающейся при дыха-нии энергии с образованием АТФ, связан с кристами и матриксом. Пластиды могут быть трех типов — лейкопласты, хромопласты и хлоропласты. Внутри лейкопластов нах. матрикс. В них накапливаются запасные вещества. Хлоропласты имеют овальную форму, окружены двойной мембраной. Внутри хлоропласта содержится жидкое вещество — строма, Основная функция — фотосинтез. Хромопласты, имеют желтую, красную или коричневую окраску. Хромопласты встречаются в клетках в надземных и подземных органов, они придают окраску плодам и стареющим листьям.Пластиды различных типов обладают способностью взаимно переходить друг в друга. Рибосомы - внутриклеточные частицы, осуществляющие биосинтез белка. Аппарат Гольджи. Его элементы принимают участие в формировании плазмалеммы и клеточной оболочки. В то же время цистерны служат для удаления (секреции) некоторых выработанных клеткой веществ.Вакуоль заполнена клеточным соком и окружена мембраной — тоноплас т о м. Вакуоль может образовываться из мембран ап-та Гольджи, ЭПС, функция — синтез белков

6.Растительная клетка как осмотическая системаРастительная клетка представляет собой осмотическую систему. Клеточный сок вакуоли является высококонцентрированным раствором. Осмотическое давление клеточного сока обозначается Чтобы попасть в вакуоль, вода должна пройти через клеточную стенку, плазмалемму, цитоплазму и тонопласт. Клеточная стенка хорошо проницаема для воды. Плазмалемма и тонопласт обладают избирательной проницаемостью. Поэтому растительную клетку можно рассматривать как осмотическую систему, в которой плазмалемма и тонопласт являются полупроницаемой мембраной, а вакуоль с клеточным соком – концентрированным раствором. Поэтому, если клетку поместить в воду, то вода по законам осмоса начнет поступать внутрь клетки.Сила, с которой вода поступает внутрь клетки, называется сосущей силой – S.Она тождественна водному потенциалу По мере поступления воды в вакуоль, ее объем увеличивается, вода разбавляет клеточный сок, и клеточные стенки начинают испытывать давление. Клеточная стенка обладает определенной эластичностью и может растягиваться.С увеличением объема вакуоли цитоплазма прижимается к клеточной стенке и возникает тургорное давление на клеточную стенку (Р). Одновременно со стороны клеточной стенки возникает равное по величине противодавление клеточной стенки на протопласт. Противодавление клеточной стенки называется потенциалом давления (-Р).Таким образом, величина сосущей силы S определяется осмотическим давлением клеточного сока и тургорным гидростатическим давлением клетки Р, которое равно противодавлению клеточной стенки, возникающей при ее растяжении –Р.S = - Р или - Если растение находится в условиях достаточной увлажненности почвы и воздуха, то клетки находятся в состоянии полного тургора. Когда клетка полностью насыщена водой (тургесцентна), то ее сосущая сила равна нулю S = 0, а тургорное давление равно потенциальному осмотическому давлению Р = При недостатке влаги в почве вначале возникает водный дефицит в клеточной стенке. Водный потенциал клеточной стенки становится ниже, чем в вакуолях, и вода начинает перемещаться из вакуоли в клеточную стенку. Отток воды из вакуоли снижает тургорное давление в клетках и увеличивает их сосущую силу. При длительном недостатке влаги большинство клеток теряет тургор, и растение начинает завядать, теряя эластичность и упругость. При этом тургорное давление Р = 0, а сосущая сила S = Если из-за очень большой потери воды тургорное давление упадет до нуля, то лист завянет совсем. Дальнейшая потеря воды приведет к гибели протопласта клеток. Приспособительным признаком к резкой потере воды является быстрое закрытие устьиц при недостатке влаги.Клетки могут быстро восстановить тургор, если растение получит достаточное количество воды или в ночное время, когда растение получает достаточное количество воды из почвы. А также при поливе. водный потенциал; равен 0 для чистой воды; равен 0 или отрицателен для клеток. -осмотический потенциал, всегда отрицателен -потенциал давления; обычно положителен для в живых клетках( в клетках, содержимое которых находится под давлением, но отрицателен в клетках ксилемы( в которых создается натяжение воды).- суммарный результат действияПри полном тургоре При начальном плазмолизе Если поместить клетку в гипертонический раствор с более низким водным потенциалом, то вода начинает выходить из клетки путем осмоса через плазматическую мембрану. Сначала вода будет выходить из цитоплазмы, затем через тонопласт из вакуоли. Живое содержимое клетки – протопласт при этом сморщивается и отстает от клеточной стенки. Происходит процесс плазмолиза.Пространство между клеточной стенкой и протопластом заполняет наружный раствор. Такая клетка называется плазмолизированной. Вода будет выходить из клетки до тех пор, пока водный потенциал протопласта не станет равен водному потенциалу окружающего раствора, после чего клетка перестает сморщиваться. Этот процесс обратим и клетка не получает повреждений. Если клетку поместить в чистую воду или гипотонический раствор, то тургорное состояние клетки восстановится и происходит процесс деплазмолиза. В условиях водного дефицита в молодых тканях резкое усиление потери воды приводит к тому, что тургорное давление клетки становится отрицательным и протопласт, сокращаясь в объеме, не отделяется от клеточной стенки, а тянет ее за собой. Клетки и ткани сжимаются. Это явление называется циторриз.

7. сосущая сила и соотношение между сосущей силой и осмотическим давлениемВода поглощается корневыми системами. Для понимания процесса поступления воды в клетку и в целое растение необходимо выяснить роль осмотического давления и осмоса. В любом растворе молекулы и ионы растворенного вещества находятся в непрерывном движении, так как утрачивается сила сцепления их друг с другом. При этом частицы растворенного вещества стремятся равномерно распространиться во всем объеме растворителя. Это движение молекул получило название диффузии. Если к раствору медного купороса, например, осторожно прилить сверху воды, то через некоторое время верхний бесцветный слой воды окрасится в синий цвет от диффундирующих снизу молекул медного купороса. Но если на пути диффундирующего вещества поставить преграду в виде перепонки мембраны, то диффузия сильно замедляется. Полупроницаемые перепонки существуют и в растении. На поверхности протоплазмы находится мембрана, называемая плазмалеммой. Она обладает избирательным действием, т. е. одни вещества через нее проникают, другие не проникают. Вокруг вакуоли имеется мембрана, называемая тонопластом. Процесс проникновения веществ через мембрану называется осмосом, а концентрация растворимых веществ в клеточном соке и давление их на мембрану — осмотическим давлением или осмотическим потенциалом. Можно создать искусственную мембрану в приборе, получившем название осмометра. Чем выше концентрация раствора в осмометре, тем большую силу надо приложить для того, чтобы помешать проникновению воды в раствор через полупроницаемую мембрану. Поэтому более концентрированный раствор обладает большим осмотическим давлением по сравнению с разбавленным и сильнее поглощает воду из окружающего раствора. Определяя осмотическое давление раствора сахарозы в таком осмометре, установили, что оно прямо пропорционально концентрации раствора и абсолютной температуре. Закономерности изменения осмотического давления оказались теми же, что и зависимости состояния газов, известные под названием законов Бойля — Мариотта и Гей-Люссака. По этим законам, как известно, объем газа обратно пропорционален давлению и прямо пропорционален температуре; число частиц любого газа в определенном объеме при одной и той же температуре и давлении одинаково (закон Авогадро — Жерара). Осмотическое давление неодинаково у различных растений. У растений водных (за исключением растений морей и засоленных водоемов) оно невелико и составляет 8—10 атм, а у растений засушливых местообитаний, в частности у степных растений, оно значительно выше и достигает 30 и более атмосфер. Особенно велико оно у растений засоленных почв — до 100 атм и выше. Поступление воды в клетку. Осмотическое давление играет большую роль при поступлении воды в клетку. Имеются три случая соотношения осмотического давления в живой клетке растения и окружающем растворе: 1. Концентрация веществ в клетке растения выше, чем; в окружающей среде. В этом случае раствор окружающей среды называют гипотоническим, и вода будет поступать в клетку до выравнивания концентрации. 2. Концентрация раствора в клетке и окружающей среде одинакова. Раствор среды будет изотоничен или изоосмотичен раствору в клетке, и вода не будет поступать в клетку или выходить из нее. 3. Концентрация веществ в окружающей среде выше, чем в клетке. В этом случае раствор окружающей среды называют гипертоническим, и в наружный раствор будет оттягиваться вода из клетки. С этим явлением мы уже встречались на примере плазмолиза.При плазмолизировании клетки из нее оттягивается вода и клетка спадается, теряя свое напряжение, или тургор. Таким образом, под тур-горным давлением, или тургором, понимается напряженное состояние органов растения. Потеря тургора (упругости тканей) растением наблюдается в жаркий солнечный день, когда листья некоторых других растений испытывают водный дефицит (недостаток воды), теряют тур-гор (напряженность тканей), становятся дряблыми и повисают, как тряпки. При потере тургора от высыхания в клетке происходит не плазмолиз, а циторриз'. При циторризе благодаря сильной потере воды наблюдается сжатие всей клетки вместе с оболочкой, а не отхождение цитоплазмы от стенок клеток, как при плазмолизе (рис. 38, фото 11,12). Таким образом, под т у р-г о р о м понимается напряжение обладающей эластическими свойствами клеточной оболочки, растягиваемой давлением внутреннего содержимого клетки. Оказалось, что поступление воды в клетку зависит не от общей величины ее осмотического давления, а от величины сосущей СИЛЫ клетки. При плазмолизе тургор равен нулю и сосущая сила клетки равна всей величине ее осмотического давления. Когда клетка полностью насыщена водой, то тургорное давление равно осмотическому, а следовательно, сосущая сила равна нулю. При некоторой ненасыщенности клетки водой ее сосущая сила занимает промежуточное положение между полным насыщением клетки водой и полным отсутствием тургора. Например, осмотическое давление равно 12 атм, а тургорное — 10. Тогда сосущая сила равна 2 атм. Это значит, что клетки, помещенные в воду, будут ее насасывать с силой 2 атм до тех пор, пока тургорное давление не уравновесит осмотическое. Сосущая сила, образующаяся в клетках корня (рис. 39), сосет воду из окружающего его почвенного раствора. Однако далеко не вся вода, находящаяся в почве, доступна растению.

8.Значение воды для жизнедеятельности растений

Вода является основной составной частью растительных организмов. Ее содержание доходит до 95 % массы организма, и она участвует прямо или косвенно во всех жизненных проявлениях. Вода — это та среда, в которой протекают все процессы обмена веществ. Она составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру, устойчивость входящих в состав цитоплазмы коллоидов, обеспечивает определенную конформацию молекул белка. Высокое содержание воды придает содержимому клетки (цитоплазме) подвижный характер.Вода в биологических объектах выполняет следующие основные функции:1.Водная среда объединяет все части организма, начиная от молекул в клетках и кончая тканями и органами, в единое целое. В теле растения водная фаза представляет собой непрерывную среду на всем протяжении от влаги, извлекаемой корнями из почвы, до поверхности раздела жидкость — газ в листьях, где она испаряется.2. Вода — важнейший растворитель и важнейшая среда для биохимических реакций.

3. Вода участвует в упорядочении структур в клетках. Она входит в состав молекул белков, определяя их конформацию. Удаление воды из белков высаливанием или с помощью спирта приводит к их коагуляции и выпадению в осадок. В поддержании структур гидрофобных участков белковых молекул и липопротеинов, возможно, существенна роль структурированной воды.4. Вода — метаболит и непосредственный компонент биохимических процессов. Так, при фотосинтезе вода является донором электронов. При дыхании, например в цикле Кребса, вода принимает участие в окислительных процессах. Вода необходима для гидролиза и для многих синтетических процессов.5. Возможно, существенную роль в жизненных явлениях, особенно в мембранных процессах, играет относительно высокая протонная и электронная проводимость структурированной воды.6. Вода — главный компонент в транспортной системе высших растений — в сосудах ксилемы и в ситовидных трубках флоэмы, при перемещении веществ по симпласту и апопласту.7. Вода — терморегулирующий фактор. Она защищает ткани от резких колебаний температуры благодаря высокой теплоемкости и большой удельной теплоте парообразования.8. Вода — хороший амортизатор при механических воздействиях на организм.9. Благодаря явлениям осмоса и тургора (напряжения) вода обеспечивает упругое состояние клеток и тканей растительных организмов.

ВОДНЫЙ БАЛАНС РАСТЕНИЯ

Для своего нормального существования клетки и растительный организм в целом должны содержать определенное количество воды. Однако это легко осуществимо лишь для растений, произрастающих в воде. Для сухопутных растений эта задача осложняется тем, что вода в растительном организме непрерывно теряется в процессе испарения. Испарение воды растением достигает огромных размеров. Можно привести такой пример. Одно растение кукурузы испаряет за вегетационный период до 180 кг воды, а 1 га леса в Южной Америке испаряет в среднем за сутки 75 тыс. кг воды. Огромный расход воды связан с тем, что большинство растений обладает значительной листовой поверхностью, находящейся в атмосфере, не насыщенной парами воды. Вместе с тем развитие обширной поверхности листьев необходимо и выработалось в процессе длительной эволюции для обеспечения нормального питания углекислым газом, содержащимся в воздухе в ничтожной концентрации (0,03%). В своей знаменитой книге «Борьба растений с засухой» К. А. Тимирязев указывал, что противоречие между необходимостью улавливать углекислоту и сокращать расходование воды наложило отпечаток на строение всего растительного организма.

Для того чтобы возместить потери воды при испарении, в растение должно непрерывно поступать большое ее количество. Непрерывно идущие в растении два процесса — поступление и испарение воды — называют водным балансом растений. Для нормального роста и развития растений необходимо, чтобы расход воды примерно соответствовал приходу, или, иначе говоря, чтобы растение сводило свой водный баланс без большого дефицита. Для этого в растении в процессе естественного отбора выработались приспособления к поглощению воды (колоссально развитая корневая система), к передвижению воды (специальная проводящая система), к сокращению испарения (система покровных тканей и система автоматически закрывающихся устьичных отверстий).

Несмотря на все указанные приспособления, в растении часто наблюдается водный дефицит, т. е. поступление воды не уравновешивается ее расходованием в процессе транспирации.

Физиологические нарушения наступают у разных растений при разной степени водного дефицита. Есть растения, выработавшие в процессе эволюции разнообразные приспособления к перенесению обезвоживания (засухоустойчивые растения). Выяснение физиологических особенностей, определяющих устойчивость растений к недостатку воды,— важнейшая задача, разрешение которой имеет большое не только теоретическое, но и сельскохозяйственное практическое значение. Вместе с тем, для того чтобы ее решить, необходимо знание всех сторон водообмена растительного организма.

9. Водный режим растений водообмен, поступление воды в растение и отдача её растением, необходимые для его жизнедеятельности (обмена веществ, роста, развития, размножения), В. р. р. складывается из трёх последовательно протекающих и тесно связанных между собой процессов: поступления воды в корни растений из почвы; поднятия воды по корням и стеблям в листья и в расположенные на стеблях растущие эмбриональные ткани, точки роста; испарения избыточной воды из листьев в окружающую атмосферу. Общее количество воды, проходящей через растение, чрезвычайно велико. В умеренно влажном климате за вегетационный период одно растение кукурузы или подсолнечника расходует до 100 л воды, а один гектар посева пшеницы испаряет за лето 2—3 тыс. м3 воды. В среднем на создание каждого килограмма урожая сухой массы растение расходует около 250—300 кг воды, а в засушливом климате — до 500—600 кг.Вода, получаемая растением из почвы, поглощается не всей поверхностью корней, а только молодыми их окончаниями, так называемыми корневыми мочками и корневыми волосками. Клетки всасывающей зоны корня обладают по отношению к воде своеобразной полярностью. Наружная их сторона всасывает воду, а внутренняя выталкивает её в сосуды корня. Так в растений создаётся Корневое давление, нагнетающее воду вверх по корню и стеблю с силой 2—3 и более атмосфер. С такой же примерно силой корень растения сосет воду из почвы и преодолевает сопротивление почвенных частиц, удерживающих воду на своей поверхности силами адсорбции и набухания почвенных коллоидов. По мере уменьшения толщины слоя воды, облекающей почвенные частицы, силы адсорбции, удерживающие воду, быстро возрастают и становятся равными, а затем и большими, чем всасывающая сила корневых клеток, поэтому корни растений не могут отнять от почвы всю находящуюся в ней воду и в почве всегда остаётся некоторое количество недоступной для растения воды. В таком случае дальнейшая потеря растением воды уже не может возмещаться за счёт поступления её из почвы: содержание воды в растении падает и оно увядает.

Лист растений обладает рядом физиологических особенностей, позволяющих ему в значительной степени регулировать отдачу воды. Испарение воды с поверхности растений получило название транспирации (См. Транспирация). Понижая содержание воды в клетках листовой мякоти и создавая состояние ненасыщенности водой, транспирация способствует возникновению значительной сосущей силы, обеспечивающей ток воды из сосудов листовых жилок в клетки. Это обусловливает движение воды вверх по растению, нередко значительно превосходящее по скорости накачивание воды клетками корневых мочек. В силу свойственного молекулам воды сцепления друг с другом вода, переходящая из сосудов в живые клетки мякоти листа тянет за собой весь столб воды, заполняющей проводящую систему вплоть до самого корня. В результате во всём растений создаётся натяжение воды в сосудах, способствующее поступлению воды из почвы в корень.Для получения высоких и устойчивых урожаев чрезвычайно важное значение имеют мероприятия по накоплению запасов влаги в почве и уменьшению ее расходования (например, снегозадержание, вспашка под зябь, раннее боронование весной для задержания влаги, посадка полезащитных лесных полос и т.д.). В засушливых областях прибегают к ирригации или искусственному орошению земель.

Избыток влаги в почве может, однако, оказаться вредным для растений, поскольку при затоплении почвы в её капиллярах не остаётся воздуха, необходимого для дыхания корней и их нормальной жизнедеятельности. Кроме того, в затопленной почве усиливаются анаэробные бактериальные процессы, приводящие к накоплению веществ, отравляющих корни. Излишнее количество влаги можно удалить осушением почвы. Оптимальным является увлажнение почвы, при котором в почве будет содержаться достаточное количество доступной для растения воды, а также и воздуха.

Различные растения в неодинаковой мере нуждаются в увлажнении почвы. Например, Ксерофиты приспособлены к жизни в условиях аридного климата (в степях, пустынях, полупустынях) и в более влажном климате в условиях низкого водоснабжения. В водоёмах, на болотах растут Гидрофиты и Гигрофиты. Промежуточное положение между этими крайними группами растений занимают Мезофиты, представляющие собой наиболее многочисленную группу растений, к которой принадлежит и большая часть культурных растений.

регулирования водного режима у растений Вода, поглощенная клетками корня, под влиянием разности водных потенциалов, которые возникают благодаря транспирации, а также силе корневого давления, передвигается до проводящих путей ксилемы. Согласно современным представлениям, вода в корневой системе передвигается не только по живым клеткам. Еще в 1932 г. немецкий физиолог Мюнх развил представление о существовании в корневой системе двух относительно не зависимых друг от друга объемов, по которым передвигается вода, - апопласта и симпласта. Апопласт – это свободное пространство корня, в которое входят межклетные промежутки, оболочки клеток, а также сосуды ксилемы. Симпласт – это совокупность протопластов всех клеток, отграниченных полупроницаемой мембраной. Благодаря многочисленным плазмодесмам, соединяющим между собой протопласт отдельных клеток, симпласт представляет единую систему. Апопласт, по-видимому, не непрерывен, а разделен на два объема. Первая часть апопласта расположена в коре корня до клеток эндодермы, вторая – по другую сторону клеток эндодермы, и включает в себя сосуды ксилемы. Клетки эндодермы благодаря пояскам Каспари представляют как бы барьер для передвижения воды по свободному пространству (межклетникам и клеточным оболочкам). Для того чтоб попасть в сосуды ксилемы, вода должна пройти через полупроницаемую мембрану и главным образом по апопласту и лишь частично по симпласту. Однако в клетках эндодермы передвижение воды идет, по-видимому, по симпласту. Далее вода поступает в сосуды ксилемы. Затем передвижение воды идет по сосудистой системе корня, стебля и листа.[4]

Из сосудов стебля вода движется через черешок или листовое влагалище в лист. В листовой пластинке водопроводящие сосуды расположены в жилках. Жилки, постепенно разветвляясь, становятся более мелкими. Чем гуще сеть жилок, тем меньшее сопротивление встречает вода при передвижении к клеткам мезофилла листа. Иногда мелких ответвлений жилок листа так много, что они подводят воду почти к каждой клетке. Вся вода в клетке находится в равновесном состоянии. Иначе говоря, в смысле насыщенности водой, имеется равновесие между вакуолью, цитоплазмой и клеточной оболочкой, их водные потенциалы равны. Вода передвигается от клетки к клетке благодаря градиенту сосущей силыся вода в растении представляет единую взаимосвязанную систему. Поскольку между молекулами воды имеются силы сцепления (когезия), вода поднимается на высоту значительно большую 10 м. сила сцепления увеличивается, так как молекулы воды обладают большим сродством друг к другу. Силы сцепления обладают и между водой и стенками сосудов.[5]Степень натяжения водных нитей в сосудах зависит от соотношения процессов поглощения и испарения воды. Все это позволяет растительному организму поддерживать единую водную систему и не обязательно восполнять каждую каплю испаряемой воды.В том случае, если в отдельные членики сосудов попадает воздух, они, по-видимому, выключается из общего тока проведения воды. Таков путь передвижения воды по растению (рис. 2).Скорость перемещения воды по растению в течение суток изменяется. В дневные часы она на много больше. При этом разные виды растений различаются по скорости передвижения воды. Изменение температуры, введение метаболических ингибиторов не влияют на передвижение воды. Вместе с тем этот процесс, как и следовало ожидать, очень сильно зависит от скорости транспирации и от диаметра водопроводящих сосудов. В более широких сосудах вода встречает меньшее сопротивление. Однако надо учитывать, что в более широкие сосуды могут попасть пузырьки воздуха или произойти какие-либо иные нарушения тока воды.

10.Фотосинтез и необходимые для него условия

 

poisk-ru.ru

Физиология растений 1Microsoft Word

3. Задачи физиологии растений.

Поскольку человек питается или самими зелеными растениями, или продуктами животного происхождения, а пищей животным служат те же растения, то возможность накормить население Земли зависит в конечном счете от суммарного количества накопленных продуктов фотосинтеза. Поэтому в XIX в. и в первой половине XX в. главной задачей физиологии было управление растительными ор­ганизмами дляповышения их продуктивности, создание оптималь­ных условий для жизни растений. Открытие фотосинтеза, дыхания, водного обмена растений, изучение их потребности в элементах минерального питания и адаптации к неблагоприятным условиям делало физиологию растений все более значимой для сельского хо­зяйства. Она стала теоретической основой высокоэффективного земледелия.

Вместе с другими биологическими науками физиология расте­ний послужила фундаментом трех «зеленых революций», каждая из которых приводила к удвоению урожая за счет внедрения новых сортов, внесения удобрений, применения химических средств борьбы с вредителями и химических регуляторов роста растений. В настоящее время наряду с глубоким изучением теоретических про­блем на молекулярном уровне в центре внимания физиологов по-прежнему стоят задачи решения таких практически важных во­просов, как обеспечение условий наиболее полного использования растениями солнечной энергии, С02, воды и элементов минераль­ного питания в целях повышения урожая и качества сельскохозяй­ственной продукции. В результате изучения регуляторов роста и развития появилась возможность для искусственного синтеза фи­зиологически активных веществ, с помощью которых удается регу­лировать урожай и защищать растения от вредителей. Все больший интерес вызывают вопросы саморегуляции растением различных процессов, но уже на уровне клетки.

Еще один путь к увеличению производства продуктов пита­ния — улучшение самих растений. Селекционеры создают новые сорта культурных растений, число их все время растет, а физио­логи не только учат тому, как удовлетворять потребности новых и старых сортов в питательных веществах, как управлять ростом и развитием растений, но и помогают разрабатывать новые мето­ды получения таких сортов. Так, активно работая с изолированными клетками, физиологи обнаружили у соматических (неполовых) клеток многих высших растений способность крегенерации, т. е. к восстановлению целого организма из его части. Это открыло перед генетикой и селекцией принципиально новый путь для получения растений с измененной наследственностью, минуя половой процесс. Был разработан способ получения гиб­ридов в результате слияния изолированных протопластов.Про­топласт — это растительная клетка без клеточной стенки. На­пример, с помощью этого метода был получен урожайный сорт картофеля, одновременно устойчивый к вирусной инфекции [Бутенко, 1960]. Известно, что дикий картофель устойчив к ви­русам, но дает низкий урожай, а культурный — наоборот. Поло­вая гибридизация дикого картофеля с культурным не удается. Поэтому для получения гибрида соматические клетки обоих ви­дов обработали ферментами, разрушившими клеточные стенки. Некоторые из полученных протопластов слились. Возникший гибридный протопласт, образовав клеточную стенку, превратил­ся в гибридную клетку. В результате делений этой клетки полу­чиликаллус — массу недифференцированных клеток, из которой постепенно развилось растение, устойчивое к вирусам. Такую гибридизацию назвалисоматической.

Продовольственную проблему можно решать и за счет расшире­ния посевных площадей. Поскольку все плодородные земли давно распаханы, то увеличение посевных площадей может происходить за счет освоения засушливых и засоленных почв. Однако обычные сельскохозяйственные культуры не могут расти на таких землях. Поэтому ученые ищут среди местной флоры растения, пригодные, например, для корма скота и способные расти на этих новых тер­риториях. Следовательно, физиологи должны хорошо знать осо­бенности существования растений в условиях засухи, на засолен­ных почвах, а также в условиях низких и высоких температур и да­вать соответствующие рекомендации. Освобождающиеся плодород­ные земли можно использовать для выращивания фруктов, ово­щей, зерновых.

Освобождению плодородных почв для сельскохозяйственных культур помогает и выращивание в искусственных условиях (на специальных фабриках) изолированных клеток, тканей и органов, синтезирующих ценные вещества.

Начиная с 50 — 60-х годов XXв. главенствующими становятсяэкологические проблемы, в том числе проблема повышения устойчи­вости растений к загрязнению окружающей среды, к засухе, засо­ленности почв. В результате хозяйственной деятельности человека создаются новые химические вещества, развиваются промышленность, транспорт, происходят катастрофы и войны. От неправиль­ного применения удобрений и пестицидов происходит 40% за­грязнений. Вырубка лесов приводит к нарушению водного баланса планеты. Все это — новые факторы, действующие на растения. Что­бы уменьшить вред, наносимый природе в результате использова­ния большого количества химических веществ, необходимо созда­вать новые удобрения, растворяющиеся медленно, по мере их ис­пользования, увеличивать биологическую фиксацию азота. Нужны растения, которые сами защищали бы себя от насекомых, выраба­тывая соответствующие токсины.

В наши дни разработка экологических вопросов ведется на кле­точном уровне. Исследователи выясняют, например, изменения мембран в неблагоприятных условиях засухи, засоления, действия пониженных или повышенных температур, повреждение органелл, синтез новых, защитных, белков. В XXI в. физиологи должны на физико-химической основе расшифровать последовательность всех этапов адаптации растений к многочисленным неблагоприятным природным и антропогенным факторам, найти новые методы и технологии решения различных проблем промышленной экологии, включая зоны экологических катастроф.

Физиологи растений обязаны внести свой вклад в сохранение и изучение природных экологических систем, в выяснение роли рас­тений в поддержании стабильности биосферы и газового состава ат­мосферы. Все большее место будет занимать изучение вредных воз­действий, связанных с экологическими последствиями войн, раз­витием крупнейших городов (мегаполисов) и т. д. Поведение расте­ний в нестабильной среде станет центральной проблемой экологи­ческой физиологии растений XXI столетия. В этом столетии фи­зиология растений по-прежнему будет играть ключевую роль в ис­следовании жизни зеленого растения, а добытые ею знания будут активно использоваться человечеством для поддержания стабиль­ного состояния биосферы.

4. Место физиологии растений среди других наук

В основе физиологических функций лежат превращения ве­ществ и энергии, подчиняющиеся физическим и химическим зако­нам. Следовательно, физика и химия, в частности биофизика и био­химия, — фундамент физиологии растений. Физиология растений связана с анатомией и морфологией растений, так как строение ор­гана и его функция взаимозависимы. Однако еще К.А. Тимирязевдоказывал, что познать до конца любую функцию, а тем более связь ее со строением органа, можно только опираясь на принци­пыэволюционного учения.

Являясь ботанической дисциплиной, физиология растений тесно связана с физиологией животных. Обмен веществ, рост, раз­дражимость, размножение, движение, приспособляемость — все это свойства и животных, и растений. Чтобы понять жизнь расте­ния, нужно хорошо изучить свойства живых организмов вообще.

С другой стороны, физиология растений — фундамент агроно­мических наук (растениеводства, плодоводства, луговодства, ово­щеводства, агрохимии и др.), так как ее цель — познать жизнь растения и управлять ею для удовлетворения потребностей чело­века.

Задачи физиологии растений и агрономии во многом совпада­ют. Каждый новый шаг в развитии физиологии растений приводил и приводит к новым успехам в агрономии. Например, за последние 200 лет урожаи пшеницы выросли с 7 до 50—60 ц/га, и каждое по­вышение урожайности было связано с успехами в развитии физио­логии растений: разработкой теории минерального питания [Либих, 1860], теории фотосинтетической продуктивности растений [Ничипорович, 1955]. В настоящее время в условиях фитотронов можно получить 130 ц зерна с 1 га. Решение очередной проблемы агрономии в свою очередь стимулирует развитие физиологии рас­тений. Однако сегодня уровень знаний и технологий настолько вы­сок, что величина и качество урожая лимитируются уже не разви­тием фундаментальной науки, а развитием промышленности и энергетическими возможностями.

В наши дни физиология растений занимает промежуточное положение между молекулярной биологией и общей биологией, и в частности экологией. Она может быть интерпретатором проблем общей биологии для специалистов физико-химической биологии и методов молекулярной биологии для специалистов по общей биологии.

С 50—70-х годов XXв. физиологический подход глубоко про­ник в такие ботанические дисциплины, как цитология, анатомия, морфология, фитопатология, а в наши дни даже и в систематику растений. Достижения физиологии растений используют генетики, селекционеры, микробиологи, биохимики. Она тесно связана с аг-робиотехнологией, которая в последние десятилетия превратилась в самостоятельную науку.

studfiles.net

Предмет, задачи и методы физиологии растений

Контрольная работа - Биология

Другие контрольные работы по предмету Биология

Содержание

 

1. Предмет, задачи и методы физиологии растений

15. Нуклеиновые кислоты, их структура. Функциональные группы нуклеиновых кислот.

31. Понятие об осмотическом давлении. Осмотическое давление разных клеток и тканей растения.

57. Роль пигментов в жизни растений

68. Биосинтез углеводов, ферменты углеводного обмена. Различия между ассимиляционным и запасным крахмалом.

85. Дыхание как совокупность последовательных окислительно-восстановительных процессов

96. Структура АТФ, ее синтез. Роль АТФ в обмене веществ.

Список литературы

1. 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.

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 0,150,5 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 2040 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.

 

15. Нуклеиновые кислоты, их структура. Функциональные группы нуклеиновых кислот

 

Нуклеиновые кислоты (НК) представляют собой гетерополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из азотистого основания, связанного с ним пятиуглеродного сахара и остатка ортофосфорной кислоты (Р). В НК присутствуют азотистые основания двух типов производные пурина (пуриновые) и производные пиримидина (пиримидиновые). К пуриновым основаниям относятся аденин (А), гуанин (Г), к пиримидиновым цитозин (Ц), урацил (У) и тимин (Т).

 

 

geum.ru

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, задачи и методы физиологии растений

Содержание

 

1. Предмет, задачи и методы физиологии растений

15. Нуклеиновые кислоты, их структура. Функциональные группы нуклеиновых кислот.

31. Понятие об осмотическом давлении. Осмотическое давление разных клеток и тканей растения.

57. Роль пигментов в жизни растений

68. Биосинтез углеводов, ферменты углеводного обмена. Различия между ассимиляционным и запасным крахмалом.

85. Дыхание как совокупность последовательных окислительно-восстановительных процессов

96. Структура АТФ, ее синтез. Роль АТФ в обмене веществ.

Список литературы

1. 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.

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 0,150,5 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 2040 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.

 

15. Нуклеиновые кислоты, их структура. Функциональные группы нуклеиновых кислот

 

Нуклеиновые кислоты (НК) представляют собой гетерополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из азотистого основания, связанного с ним пятиуглеродного сахара и остатка ортофосфорной кислоты (Р). В НК присутствуют азотистые основания двух типов производные пурина (пуриновые) и производные пиримидина (пиримидиновые). К пуриновым основаниям относятся аденин (А), гуанин (Г), к пиримидиновым цитозин (Ц), урацил (У) и тимин (Т).

 

 

www.studsell.com

Задачи физиологии растений - Справочник химика 21

из "Физиология растений Изд.3"

Перед ученымй-физиологами стоят многообразные задачи изучение обмена веществ и энергии в растительном организме, фотосинтеза, хемосинтеза, биологической фиксации азота из атмосферы и корневого питания растений, разработка методов повышения использования растениями солнечной энергии и питательных веществ почвы, обогащения почвы азотом, создание новых, более эффективных форм удобрений и разработка методов их применения, исследование действия биологически активных веществ, разработка методов более продуктивного расходования воды растением. [c.16] 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. [c.16] Реализация указанной программы исследований имеет большое значение для ускорения научно-технического прогресса в земледелии. [c.16] Жизнь — это особая, высшая по сравнению с физической и химической, форма двнлсеиия материи, которая возникла иа определенном этапе ее историческо1 о развития н представлена иа нашей планете большим количеством индивидуальных систем. [c.17] Любой организм, в том числе растение, сохраняя до известной степени неизменными состав и структуру, в то же время постоянно изменяется материально — в нем непрерывно происходит обмен веществ и энергии. [c.18] Растение — сложный многоклеточный организм, и каждая клетка — это машина , для работы которой нулсиа энергия, поступающая от одного источника, — квант солнечного света, фотон. В процессе фотосинтеза эта энергия трансформируется в химическую в форме органических веществ. В энергетическом отношении фотосинтез является примером процесса, в котором происходит трансформация и накопление свободной энергии. Растительному организму как открытой, саморегулирующейся термодинамической системе свойствен. постоянный обмен веществ и энергии с окружающей средой. [c.18] Тимирязев характеризовал растение как слолсное целое, котор.ое необходимо аналитически расчленить, чтобы изучить его Анализ фиксирует в основном то, чем часть отличается от другой части. Синтез выявляет то общее, что объединяет части целого. Задача первоначального синтеза—установление связи частей по типу координации на более высокой ступени синтеза главным становится выявление связк частей по типу интеграции. [c.18] Энгельгардта, нахождение, воспроизведение и изучение закономерностей, которым подчиняются важнейшие элементы взаимоотношений части и целого в процессе интеграции. [c.19] В результате оптимальной интеграции функций водопотреб-ления, минерального питания, фотосинтеза, дыхания, роста и развития, размножения, наследственности, экологической приспособленности (адаптации) реализуется максимальная потенциальная продуктивность растительного организма. Проблема интеграции функций растительного организма важна в теоретическом и практическом отношении. [c.19] Характерной особенностью целостности организма является саморегуляция, саморазвитие и самовоспроизведение на основе внутренних, процессов взаимодействия различных частей. Целостный организм, активно взаимодействуя с внешними условиями, характеризуете как органическое целое. Связь и взаимодействие частей могут быть только закономерными, необходимыми, возникающими из внутренней потребности развития частей и целого. Все это свидетельствует о том, что неотъемлемой и существенной чертой организма является противоречие расчлененности и единства, т. е. дифференциации и интеграции. [c.20] Закономерные изменения растения как целостной системы неразрывно связаны с проблемой индивидуального развития. В происходящих на протяжении жизненного цикла растения качественных изменениях решающее значение имеет генеративное развитие. Оно накладывает глубокий и специфический отпечаток на дифференциацию и интеграцию организма. Известно также, что организм проявляет лабильность в процессах взаимодействия с внeuн eй средой и в то же время обладает механизмом, обусловливающим определенный консерватизм. В основе анатомо-физиологической целостности растения лежаг обмен веществ, передвижение и круговорот органических И минеральных соединений. [c.20] На воздействие внешней среды растение реагирует как единое целое. На примере органелл клетки можно иллюстрировать значение их взаимодействия для целостности элементарной единицы организма (клетки). В ядре, митохондриях, рибосомах и пластидах локализованы различные процессы, и в то же время в клетке осуществляется строгое их взаимодействие. Без ядра, например, нарушается правильное использование энергии дыхания. [c.20] Следовательно, интегратизм — это путь от простого к сложному в познании явлений жизни, и правильное сочетание анализа и синтеза (интегратизма) является основой стратегии научного поиска и развития биологии как точной науки. [c.20] Совокупность ассимиляции и диссимиляции (анаболизма ч катаболизма), или эндергоиических и экзергоническнх реакций, объединенных в пространстве и происходящих во времени, и составляет обмен веществ и энергии клетки и растительного организма. [c.21] Известно, что жизнь представляет собой особую высшую форму движения материй по сравнению с физической и химической. Вместе с тем все процессы обмена веществ и энергии, происходящие в растении и других организмах, полностью подчиняются законам химии и физики, поэтому к живым системам в полной мере применимы эти законы и принципы. [c.21] Наука термодинамика, или энергетика, изучает и устанавливает взаимные превращения и количественные измеиення разнообразных форм энергии в системах химической, тепловой, механической, электрической, лучистой. [c.21]

Вернуться к основной статье

chem21.info

Смотрите также
Sad4-Karpinsk | Все права защищены © 2018 | Карта сайта