Курс лекций по дисциплине "Физиология растений"

 

Iтр. =∆Н2О__

 

          S листа*t

 

 

 

Транспирационный коэффициент – количество воды (г), испаряемое растением при накоплении им 1 г сухого вещества. Трансп. коэф. колеблется от  у одного растения в зависимости от условий среды. У пшеницы – от 217 до 755 г воды/г сухого вещества, для проса ниже – 162- 447 – более экономное расходование воды связано с устойчивостью растения к засухе. По данным Шатилова транспирационный коэффициент на фоне удобрений падает, что связано с удобрением как фактора, влияющего на экономное расходование воды.

 

 

 

Продуктивность транспирации – это количество сухого вещества (в г), накопленного растением за период, когда оно испаряет 1 кг воды. Птр.=от 1-8 г сухого вещества.

 

Пт.=

 

Экономность транспирации – количество испаряемой воды (в мг) на единицу (1 кг) воды, содержащейся в растении.

 

Эт.=

 

По способности регулировать свой водный обмен, растения делят на пойкилогидрические и гомойогидрические.

 

Пойкилогидрические - растения, которые не могут сами регулировать свой водообмен. (почвенные водоросли, лишайники, мхи, папоротники и некоторые покрытосеменные).

 

Гомойогидрические – растения, регулирующие свой водообмен.

 

Два типа регуляции транспирации: устичный и внеустичный.

 

Суточная динамика интенсивности транспирации.

 

У С 3 и С4 растений устьица открываются с первыми лучами солнца, у растений максимальная абс. транспирация достигает к 10-11 часам. К полуденному времени наблюдается дневной спад интенсивности абсолютной транспирации, которая продолжается до 16-17 часов. После чего отмечается 2 пик абсолютной интенсивности транспирации, который приходится на 18 часов. После чего интенсивность уменьшается и в ночное время характеризуется только кутикулярным испарением (ночью устьица закрываются). Поэтому по площади пика S 1 и S2 можно рассчитывать нормы полива.

 

У сам-растений, наоборот, устьица открыты ночью, в полночь отмечается мах. Интенсивность транспирации в дневное время испарение практически =0.

 

7. Влияние экологических  условий на интенсивность транспирации.

 

На интенсивность влияет

 

1) Влажность воздуха. Чем меньше  влажность воздуха, тем ниже водный  потенциал, тем быстрее идет транспирация. При сильном водном дефиците  транспирация может почти прекратиться. С увеличением влажности воздуха  транспирация уменьшается. При большой  влажности воздуха происходит  только гуттация. Высокая влажность  припятствует транспирации, отрицательно  влияет на восходящий транспорт  веществ по сосудам, регуляцию  температуры, движения устьиц.

 

2)С увеличением температуры  – интенсивность транспирации  увеличивается. Температура влияет  на степень открытости устьиц.

 

3)    Скорость ветра. Сначало  при появлении ветра и увеличении  его скорости до 0,4-0,8 м/с интенсивность  транспирации возрастает, но дальнейшее  усиление ветра почти не влияет  на этот процесс.

 

4)    Свет. Влияние света  на транспирацию тем сильнее, чем выше концентрация хлорофилла. Устьица у сахарного тростника  открываются на прямом солнечном  свету, слабый или рассеянный  свет – частичное закрывание. В полной темноте устьица сначала  полостью закрываются, а потом  немного приоткрываются.

 

5)    Минеральное питание. У  растений, испытывающих недостаток  азота, Р, К, интенсивность транспирации  максимальна. Транспирация резко  сокращается, если растения получают  полное минеральное удобрение.

 

6)    Величина листовой поверхности. Чем больше листовая поверхность, тем больше воды теряет растение. Приспособления для сокращения  испарения воды. Опушение листовой  пластинки снижает транспирацию  в 2-3 раза. Устьица погружены в  мезофилл, толщина кутикулы.

 

7)    Соотношение поверхности  корней и побегов. При увеличении  доли корней транспирация увеличивается.

 

8)    Возрастные изменения. У молодых листьев интенсивность  испарения выше, т. к. кутикула тонкая  – транспирация идет сильнее.

 

9)    Фаза развития растения. У пшеницы в фазу колошения  транспирация снижается, а после  цветения – усиливается, что приводит  к уменьшению влажности тканей  и помогает созреванию зерновок.

 

По отношению к водному режиму растения делят:

 

1)    ксерофиты (сухой) – живут  при недостатке воды. Приспособления  – малые размеры листьев (степные).

 

2)     гигрофиты – во  влажной среде (растения болотистых  лугов, сырых лесов).

 

3)     гидрофиты – в  воде. Слабо развита проводящая  система (кувшинки, кубышки, рдесты).

 

4)    мезофиты – при среднем  увлажнении. Это дуб, береза, лещина, клевер, тимофеевка, ландыш.

 

5)    .суккуленты – испытывают  недостаток воды, содержат ее  много и медленно расходуют. Корни  находятся в верхних слоях  почвы.

 

6)    Полуксерофиты – неспособны  переносить обезвоживание и сильно  нагреваются. Корни уходят глубоко, осмотическое давление, транспирация  увеличиваются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Водный потенциал (химический потенциал) (φw) - энергетический уровень воды, отражаемый скоростью диффузии. Водный потенциал характеризует способность воды диффундировать, испаряться или поглощаться. Наблюдается передвижение воды благодаря поступлению воды от клетки с более высоким водным потенциалом к клетке с более низким водным потенциалом. Обычно в почве водный потенциал выше, чем в корневом волоске.

 

 φw-имеет размерность энергии (что совпадает с размерностью  давления), и его величину выражают  в атмосферах, барах (1 бар =0,987 атм) или  паскалях (1МПа = 10 атм).

 

Химический потенциал равен

 

μ= μ1+ RTlg Р/Р0

 

 

 

Р – давление пара в системе.

 

Р0 – давление пара при стандартных условиях.

 

μ0 – химический потенциал чистой воды.

 

Направление диффузии молекул воды, или массового водного тока, определяется градиентом водного потенциала.

 

Чем ниже энергия воды, тем ниже водный потенциал. Добавление к воде растворимых веществ уменьшает ее химический потенциал, так как ионы связывают воду.

 

Принято, что наивысшая величина потенциала чистой воды = 0, а химический потенциал любого раствора и биологической жидкости = - и с увеличением концентрации растворенных веществ становится все более отрицательным. При изучении водного потенциала используют выражение: μ1- μ0, т. е. разность химического потенциала. μ1- μ0- - не равна 0. Тогда говорят, что существует сосущая сила раствора, т. е. вода в данном случае не находится в равновесии, а будет стремиться к более низкому давлению.

 

 

 

S = (μ1- μ0)/V

 

 

 

Водный потенциал складывается как, минимум, из четырех компонентов:

 

 φw= φs + φp + φg + φm

 

φs – осмотический потенциал, определяется концентрацией растворенного вещества.

 

φs =-сRT, где с – концентрация вещества в молях,

 

R – газовая постоянная,

 

T-абсолютная температура, знак  «-» указывает на то, что растворенное  вещество уменьшает водный потенциал  раствора. С увеличением его концентрации  осмотический потенциал становится  все более отрицательным. Осмотический  потенциал – величина равная, но обратная по знаку осмотическому  давлению.

 

 

 

 

 

Лекция 1. УГЛЕРОДНОЕ ПИТАНИЕ. ФОТОСИНТЕЗ.

 

УГЛЕРОДНОЕ ПИТАНИЕ. ФОТОСИНТЕЗ

Типы углеродного питания. Фотосинтез.

История изучения фотосинтеза.

Космическая роль фотосинтеза.

Лист как орган фотосинтеза.

Хлоропласт как органелла фотосинтеза.   

Онтогенез пластид. Взаимопревращение пластид. Происхождение пластид.

Пигменты хлоропластов (хлорофиллы, каротиноиды).

 

Органические вещества на планете образуются благодаря фотосинтезу, используя энергию солнца и через хемосинтез осуществляется синтез органических веществ низшими организмами. Но они используют энергию окисления различных органических и неорганических веществ.

 

Первыми синтезировали органические вещества через хемосинтез или бактериальный фотосинтез, который протекал анаэробных условиях и в качестве источника органического вещества был Н2, который был изъят из сероводорода жирных кислот, который выделялся при извержении вулкана.

 

     Органическое вещество  состоит на 45 % из углерода, т. е. С  – обязательный компонент живого. С поступает из воздуха через  СО2 (атмосферу).

 

Основные типы питания

Тип питания 

Источник углерода 

Источник водорода 

Источник энергии

 

I.Гетеротрофный 

Органическое вещество 

Органическое вещество 

Энергия окисления органических веществ

 

II. Автотрофный

 

1. Фотосинтез 

СО2 

Н 2О 

Энергия света

 

2. Бактериальный фотосинтез 

СО2 

Н 2S, Н 2,  и др. 

Энергия света

 

3. Хемосинтез 

СО2 

Н 2О, Н 2S, Н 2, NH3. 

Энергия окисления неорганических соединений

 

 

 

 

1.Фотосинтез у бактерий, который осуществляется в анаэробных условиях без выделения кислорода, по типу фоторедукции, т. е. происходит восстановление СО2 с поглощением энергии света, но без выделения О2.

 

                       свет

 

СО2 +Н 2S  → С Н 2О + Н2О +2S – у зеленых бактерий,

 

                             свет

 

2СО2 +Н 2S  +2Н2О → 2(С Н 2О) + Н2SО4 -  у пурпурных бактерий,

 

2.Хемосинтез – используется не световая энергия, а энергия, выделенная при окислении некоторых неорганических соединений (сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотистой кислоты и др.)

 

Автотрофные хемотрофы – организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических веществ за счет энергии химических реакций, протекающих при окислении неорганических веществ.

 

Нитрофицирующие бактерии. Способны окислять органические вещества сначала до нитрита, затем до нитрата,

 

Бесцветные серобактерии окисляют сероводород и накапливают серу в клетках.

 

Железобактерии переводят закисленное (Fe2+) железо в окисленное (Fe3+).

 

Водородные бактерии – 2Н2 +О2= 2Н2О Источник энергии молекулярный водород.

 

Гетеротрофные – синтезируют органическое вещество из уже готовых органических соединений.

 

Автотрофные фототрофы – организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических за счет энергии солнечного света.

 

3.Фотосинтез – процесс преобразования энергии света и неорганических веществ СО2 (углекислый газ), Н2О в энергию химических связей органических веществ (глюкозы - крахмал). Впервые назван в 1877 г.

 

                      свет

 

6СО2 +6Н 2О  → С 6Н 12О6 +6 О2 – у  растений,

 

                         хлорофилл

 

В общем виде: квант света (hv) поглощается хлорофиллом, молекула которого переходит в возбужденное состояние, при этом электрон переходит на более высокий энергетический уровень. Энергия электрона превращается в химическую энергию. Только растения накапливают энергию света в виде химических связей.

 

 

 

В процессе фотосинтеза из простых неорганических соединений (СО2, Н 2О) строятся различные вещества. В результате происходит перестройка химических связей: С-О и Н-О возникают связи С-С и С-Н, в которых электроны занимают более высокий энергетический уровень. Таким образом, богатые энергией органические вещества, которыми питаются и за счет которых получают энергию (в процессе дыхания) животных и человека, первоначально создаются в зеленом листе.

 

Следовательно, фотосинтез состоит из 2 сопряженных систем реакций – окисления воды до О2 и восстановления СО2  водородом воды до полисахаридов.

 

2.ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ  ФОТОСИНТЕЗА

 

С древних времен люди с удивлением замечали, что большие деревья могут вырастать на бесплодных скалах.

 

I период: 1771-1850 гг. В 1771 г. Пристли обнаружил, что растение способно очищать  загрязненный воздух и поддерживает  тем самым жизнь –тогда был  открыт кислород.

 

Сенебье установил, что растение на свету не только выделяет кислород, но и поглощает - СО2, он назвал поглощение СО2 «углеродным питанием».