Курс лекций по дисциплине "Физиология растений"

Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.     Введение.

 

Физиология растений – это наука о процессах, происходящих в растительном организме: почвенное, воздушное и гетеротрофное питание, синтез, транспорт и распад веществ, рост и развитие, движения растений, взаимодействие с патогенами, реакции на неблагоприятные факторы внешней среды.

 

Физиология растений занимается процессами, происходящими на разных уровнях организации: молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном, организменном и биоценотическом. Однако надо всегда иметь в виду, что в растении все процессы на любом уровне организации взаимосвязаны. Изменение какого-либо процесса сказывается на всей жизнедеятельности организма. Кроме того, надо учитывать следующие факторы:

растения являются продуктом длительной эволюции, в ходе которой изменялись строение и обмен веществ растений под влиянием изменяющихся условий внешней среды,

растительный организм неотделим от внешней среды, которая в значительной мере влияет на обмен веществ в растении,

растительный организм развивается в течение всей своей жизни.

 

При изучении растительного организма возможны два подхода. Первый – это переход от высокого уровня организации к более низкому. Большое значение при этом имеет разработка модельных систем, применение которых открывает новые возможности исследования растений. Так, например, использование изолированных протопластов привело к большому прогрессу в выяснении процессов проникновения и размножения вирусов в клетках растений. Однако для того, чтобы понять закономерности жизнедеятельности целого растения, этот подход недостаточен. Поэтому применяется и иной путь – переход от изучения процессов на низком уровне организации к более сложному.

 

Изучение закономерностей жизнедеятельности растений является теоретической основой для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур и, в дальнейшем, создания промышленных установок по производству продуктов питания, материалов и топлива.

 

 

 

2.МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:

 

Основной метод познания физиологических процессов – эксперимент, опыт. Ф.Р. – наука экспериментальная.

 

1)лабораторно-аналитический,

 

2)вегетационный, 3)полевой,

 

4)Световая микроскопия – разрешающая  способность 150-200 нм. Можно увидеть  органеллы, нельзя увидеть их  внутреннее строение.

 

5) Электронная микроскопия. Разрешающая  способность 0,1-1 нм. Готовят ультротонкие  срезы, необходимо фиксировать срезы. Изучают ультроструктуру клеток.

 

6) Метод изоляции – (выделение  из клеток) выясняет физиологические  функции отдельных органелл.

 

7) Метод дифференциального центрифугирования  – основан на разделении отдельных  компонентов протопласта. В зависимости  от ускорения удается выделить  различные фракции органелл.

 

8) Метод меченых атомов –  основан на использовании атомов  при изучении процессов проникновения  веществ через мембрану, перемещение  веществ по вегетативным органам.

 

9) Метод культуры тканей –  метод сохранения жизнеспособности  органов или их частей, участков  тканей, отдельных клеток вне  организма на специальных средах  в специальных условиях.

 

10) Электрофорез – разделение  молекул нуклеиновых кислот, белков  по их молекулярному размеру. Молекулы мигрируют через инертный  гель под действием электрического  тока. Применяют электрофорез в  полиакриламидном геле, электрофорез  в крахмале.

 

Метод электрофореза позволяет идентифицировать морфологически неразличимые биотипы, сорта, выделять их и поддерживать исходный состав сорта в семеноводстве. Отбор ценных генотипов, анализ гибридных популяций, подбор родительских форм, определение происхождения сорта, оценка генетической однородности и др. 

 

11) Спектрофотометрический метод  – метод измерения содержания  фотосинтетических пигментов по  их флюоресценции, которая возникает  при поглощении света.

 

 

 

3. Проблемы современной  физиологии растений.

 

- выявление перспективного исходного  селекционного материала по физиологическим  и биохимическим свойствам,

 

-использование биологически активных  веществ при обработке семян  от вредителей, болезней,

 

-повышение устойчивости растений  к вредителям, болезням, неблагоприятным  факторам среды (засоление и кислотность  почвы, отсутствие влаги, повышенные, пониженные температуры),

 

-повышение продуктивности сельскохозяйственных  растений,

 

-микроклональное размножение растений  – размножение методом культуры  и тканей,

 

-взаимосвязь растений с факторами  среды.

 

4.Направления исследования

 

1. Б и о х и м и ч  е с к о е  - исследует функциональную  роль органических веществ, закономерности  минерального питания, пути биосинтеза  органических соединений, роль минеральных  веществ как регуляторов роста, состояния клеточных коллоидов, центров электрических явлений  в клетке, процессы метаболизма..

 

2. Б и о ф и з и ч  е с к о е - исследует биофизические  основы физиологических функций  и функциональных систем, вопросы  энергетики, электрофизиологии, физико-химические  закономерности фотосинтеза и  дыхания, водного режима, корневого  питания, роста и развития, раздражения  растений.

 

3. О н т о г е н е  т и ч е с к о е - исследует  возрастные закономерности развития  растений, морфогенез, приемы управления  развитием растений (фотопериодизм, светокультура, закаливание растений  и др.).

 

4. Э в о л ю ц и о  н н о е (сравнительное) направление  исследует физиологические особенности  филогенеза конкретных видов, особей  растений, особенности онтогенеза  растений в определенных внешних  условиях, изучает онтогенез как  функцию генотипа и внешних  условий.

 

5. Э к о л о г и ч  е с к о е направление  исследует зависимость физиологических  функций растений от экологических  факторов среды, участвует в разработке  приемов управления ростом и  развитием растений в производственных  условиях (оптимизация условий минерального  питания, водного режима, приемы  повышения белковости, сахаристости  урожая, повышение устойчивости  растений к неблагоприятным внешним  условиям и др.).

 

6. С и н т е т и ч  е с к о е или к и  б е р н е т и ч е  с к о е направление исследует  общие закономерности роста растений, энергетики и кинетики взаимосвязанных  физиологических процессов в  системе целого растения, разрабатывает  способы регуляции и управления  процессами в биологических системах.

 

- п р и к л а д н  о е (частная физиология) направление. Исследует физиологию видов, сортов  сельскохозяйственных культур с  целью совершенствования их агротехники, получения максимально возможных  и устойчивых урожаев, разрабатывает  физиологические паспорта и модели  сортов основных сельскохозяйственных  культур применительно к региональным  почненно-климатическим условиям  страны, разрабатывает методы и  приборы диагностики физиологического  состояния и оценки устойчивости  растений.

 

Биохимия растений изучает химический состав и превращение веществ у растений.

 

5.Место физиологии  растений в системе биологических  дисциплин.

 

В системе биологических наук ф. р. Является функциональным разделом экспериментальной ботаники и изучает жизнедеятельность растений на различных уровнях организации:

 

На молекулярном, клеточном, на уровне целого организма, на уровне фитоценозов.

 

Физиология растений в ХIХ в. выделилась в самостоятельную науку. На базе физиологии растений сформировались вирусология (1902 г.), агрохимия (1910 г.), химия гербицидов и стимуляторов роста (1925 г.), микробиология (1930 г.), биохимия (1930 г.).

 

Физиология растений тесно связана с биохимией, биофизикой, микробиологией, цитологией, генетикой, молекулярной биологией, химией, биофизикой, использует современные методы химии, физики, математики, кибернетики.

 

Физиология растений - фундаментальная основа всех агрономических наук (земледелие, растениеводство, овощеводство и др.),

 

Ф. р. создает теоретическую основу агротехнических систем, направленных на повышение урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур.

 

Ф. р. - теоретическая основа биотехнологии и биоинженерии растений.

 

 

 

6. История развития  физиологии растений.

 

зародилась в ХУII—ХУIII вв. Издан труд Ж. Сенебье «Физиология растений», который предложил термин «физиология растений», сформулировал основные задачи новой науки.

 

Основоположниками ф. р. в России являются А. С. Фаминцын (1835—1918) –создал в своей квартире в Санкт-Петербурге лабораторию по физиологии и морфологии растений, которая затем перерасла в Академическую лабораторию физиологии растений, а  в системе Академии наук —в Институт физиологии растений АН России (ИФР).

 

К. А. Тимирязев (1843—1920) – организатор Московской школы – пропагандист эволюционного учения, теоретик рационального земледелия. Основные исследования посвящены роли хлорофилла в превращении световой энергии в химическую. .

 

Прянишников (1865—1948) изучал проблему минерального питания сельскохозяйственных растений.

 

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

 

В 1772—1782 гг. д. Пристли, Я. Ингенхауз и Ж. Сенебье открыли явление фотосинтеза.

 

В ХIХ в. Окончательно дифференцировались основные разделы современной физиологии растений:

 

Фотосинтез изучали В.Н. Любименко, Е. Ф. Вотчал, А. А. Ничипорович, Т. Н. Годнев (беларус), А. Т. Мокроносов, Сакс, С. Цвет, К. Хилл, М. Кальвин и др.

 

-дыхание (А. С. Фаминцын, Л. Пастер, А. Н. Бах, В. И. Палладин, С. П. Костычев, Г. Кребс),

 

- водный режим (Ю. Сакс, Г. Д.Фриз), минеральное  питание (Ю. Либих, И. Кноп, С. Н. Виноградский, д. Н. Прянишников),

 

-транспорт веществ (В. Пфеффер, Е. Ф. Вотчал),

 

-рост и развитие (Ю. Сакс, Н. Ф. Леваковский, Г. Фехтинг, Г. Клебс),

 

-движение (Т. Найт, Ю. Сакс, Ч. Дарвин, В. Пфеффер),

 

- раздражимость (Б. Сандерсон, Ч. Дарвин, Н. Ф. Леваковский),

 

-устойчивость растений (д. И. Ивановский, К. А. Тимирязев). Эволюционная физиология  растений устанавливает приспособленность  растений к внешним условиям (Ч. Дарвин, К. Бернар, А. С. Фаминцын, К. А. Тимирязев).

 

Первая полвина ХХ в. отмечена бурным развитием фитофизиологии.  Дыхание изучали (В. И. Палладин, Г. Виланд, С. П. Костычев, Г. Кребс),

 

Фотосинтез (Р. Вильштетер, К. Хилл, М. Кальвин). Развивается фитоэнзимология, физиология растительной клетки, экспериментальная морфология и экологическая физиология растений.

 

-Открытие эндогенных регуляторов  роста и развития растений  — фитогормонов (д. Н. Нелюбов, Н. Г. Холодный, И. Д. Якуба),

 

- создание гормональной теории  роста и развития растений (Н. Г. Холодный, М. Х. Чайлахян).

 

Направления в биохимии растений: аналитическое, физиологическое, генетическое, молекулярное и др.

 

А. Т. Мокроносов, 1988 -теоретическая физиология растений и ее влияние на практику.

 

А.А. Ничипорович – теория фотосинтетической продуктивности растений,

 

Бутенко Р.Г. – морфогенез в культуре и тканей.

 

Беларусские ученые. На базе Института биологии основан Институт экспериментальной ботаники. В 60-80 –е годы в нем работали физиологи Годнев, А.С. Вечер. Изучались структура растительных пигментов, фотосинтетическая деятельность растений, физиология питания. - Н.А. Ламан – работающий в области изучения роста и развития растений, изучает продуктивность растений.

 

Реуцкий – работает в области  водного режима,

 

Деева В. П. – изучает влияние регуляторов роста на продуктивность растений.

 

Роль физиологии в подготовке учителя биологии

 

-изучение разделов фотосинтеза, дыхания, роста и  развития.

 

 

 

Лекция 2.ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

 

ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

 

План

Оболочка. Строение. Функции.

Ядро. Строение, функции.

Рибосомы. Строение, функции.

Пероксисомы. Сферосомы. Строение,функции.

Микротрубочки и микрофиламенты. Строени, функции.