новая папка 1 / 224297

Министерство сельского хозяйства РФ

ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»

Кафедра «Ботаника, микробиология и физиология растений»

М. В. Коваленко, В. М. Царевская

ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙ

Методические рекомендации по изучению дисциплины

для студентов агрономического факультета по направлению подготовки 110400.62 «Агрономия»

Кинель РИЦ СГСХА

2012

1

УДК 581.1. (07)

ББК 41.2 Р

К-56

Коваленко, М. В.

К-56 Физиология и биохимия растений: методические рекомендации / М. В. Коваленко, В. М. Царевская. – Кинель : РИЦ СГСХА, 2012. – 23 с.

В методических указаниях в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Физиология и биохимия растений» приведены темы основных разделов и даны рекомендации по их изучению, представлен перечень вопросов для самоконтроля и подготовки к экзамену и рекомендуемая литература.

Методические указания предназначены для студентов агрономического факультета по направлению подготовки 110400.62 «Агрономия».

© ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА, 2012 © Коваленко М.В., Царевская В.М., 2012

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Физиология и биохимия растений – наука, изучающая процессы жизнедеятельности и их биохимические основы. Основными разделами этой дисциплины являются: физиология и биохимия растительной клетки, фотосинтез, дыхание, водный режим, минеральное питание, рост и развитие растений, физиология фо р- мирования урожая и его качество, устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды.

В методических указаниях в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Физиология и биохимия растений» приведены темы основных разделов и даны рекомендации по их изучению, представлен перечень вопросов для самоконтроля и подготовки к экзамену и рекомендуемая литература.

Целью методических указаний является повышение качества знаний и формирование навыков получения информации при изучении дисциплины «Физиология и биохимия растений».

Задачи методических указаний:

–стимулировать самостоятельное творческое мышление;

–организовать самостоятельную работу студентов.

3

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЁ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

1.1. Цель дисциплины «Физиология и биохимия растений» Цель дисциплины – изучить физиологические процессы и связанные с ними

биохимические превращения веществ в клетках, тканях и целых растениях. Знания физиологии и биохимии растений позволяют специалисту более глубоко и детально освоить материал по специальным дисциплинам. В частности, для растениеводства, плодоводства, овощеводства, технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции физиология растений является теоретической основой, а любой агротехнический прием, мероприятия по защите растений, хранению и переработке растительного сырья проводятся на основе физиологобиохимических знаний.

Успешная работа специалиста невозможна без глубокого понимания процессов жизнедеятельности в растении при формировании урожая, при его хранении, созревании плодов и семян, их биохимических основ.

1.2. Задачи изучения дисциплины:

получение знаний

–о функциях структурных компонентов клетки;

–по физиологии и биохимии дыхания и фотосинтеза;

–о поглощении, передвижении минеральных веществ, их физиологической роли и метаболизме в растении;

–о закономерностях роста и развития растения;

–о физиологических основах устойчивости растений к неблагоприятным

факторам среды;

–о возможностях регулирования физиологических и биохимических процессов, роста и развития путем применения химических и физиологически активных веществ, хирургических и других приемов;

–о биохимических основах качества продукции растениеводства;

приобретение навыков постановки несложных физиологических опытов, развитие творческого подхода к познанию.

1.3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студент должен знать сущность физио-

логических процессов, протекающих в растительном организме, закономерности роста, развития и формирования урожая. Он должен владеть методами анализа физиологического состояния растений.

4

2. ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И УКАЗАНИЯ ДЛЯ ИХ ИЗУЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ «ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙ»

Определение науки, ее связь с другими науками. Роль отечественных ученых в развитии физиологии растений. Методы и задачи. Физиология растений как теоретическая основа растениеводства.

Приступая к изучению дисциплины «Физиология и биохимия растений», прежде всего, дайте четкое определение этой науки; покажите, что является предметом ее исследований и каковы конечные цели изучения процессов жизнедеятельности.

Обратите внимание на методы физиологии растений как экспериментальной науки, отметьте ее достижения и вклад русских и советских ученых в раз витие этой области знаний.

Следует уделить большое внимание вопросам использования достижений физиологии растений в сельскохозяйственной практике; показать, что физиология растений является основой биотехнологий. Причём желательно рассмотреть эти вопросы в соответствии с условиями и задачами производства.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Третьяков, Н.Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. – М.:

Колос, 2005. – С. 3-15.

2.Лебедев, Б.А. Физиология растений. – М.: Колос, 1982. – С. 3-11.

3.Рубин, Б.А. Курс физиологии растений. – М.: Высшая школа, 1976.– С. 3-15.

Раздел 1. ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Строение и функции отдельных органелл клетки. Клетка как структурная и функциональная единица растительного организма. Протопласт, как коллоидная система. Состояние воды в клетке. Мембранные системы протопласта. Строение аминокислот, их классификация. Важнейшие аминокислоты. Нуклеиновые кислоты, их строение. Функции ДНК и РНК. Генетический код. Основные этапы биосинтеза белка. Конформация белков. Состав, размеры, организация белковых молекул. Классификация белков, их свойства и функции. Липиды, их строение, свойства и функции. Важнейшие представители моно-, олиго- и полисахаридов. Их строение, свойства, значение и функции в обмене веществ растений. Ферменты как биокатализаторы. Витамины, как важнейшая составная часть ферментов. Классификация ферментов. Физико-химическая сущность каталитического действия ферментов. Зависимость работы ферментов от условий внешней среды.

5

Клетка — элементарная структурная единица растительного организма, поэтому четкие представления об ее составе, строении и функционировании крайне необходимы для понимания жизни целостного растительного организма. Особое внимание уделите белкам, так как им принадлежит ведущая роль в функционировании растительного организма, а так же генетическому аппарату клетки.

Подробнее следует остановиться на мембранах как носителях молекулярного порядка в клетке, обращая внимание, на функциональную роль белков и структурообразующую – липидов. Обратите внимание на функции мембран и определяемые ими уникальные свойства живой клетки: избирательную проницаемость, регуляцию обмена веществ и энергии, раздражимость.

Особое место в разделе занимают вопросы поступления в клетку воды и различных веществ. Необходимо четко определить критерии пассивного и активного транспорта, рассмотреть возможные механизмы поглощения веществ и водообмена, остановиться на вопросах межклеточных взаимодействий в тканях и органах растений.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Атабекова, А. И. Цитология растений / А. И. Атабекова, Е. И. Устинова. – М. :

Колос, 1987. – С. 11-47.

2.Третьяков, Н. Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. –

М. : Колос, 2005. – С.15-85.

3.Лебедев, Б. А. Физиология растений. – М. : Колос, 1982. – С. 12-88.

4.Рубин, Б. А. Курс физиологии растений. – М. : Высшая школа, 1976. – С. 17-82.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Где происходит внутриклеточное «пищеварение»?

2.Из чего состоят жиры?

3.Сколько процентов целлюлозы содержится в первичной и вторичной клеточной стенке?

4.Как называются тяжи цитоплазмы, проходящие через поры и соединяющие между собой протопласты соседних клеток?

5.В каких пластидах откладываются запасные вещества?

6.В каких органеллах клетки идет цикл Кребса и фосфорилирование?

7.Как называется структура в клетке, состоящая из уплощённых, замкнутых мем-

браной дисков, от краёв которых отшнуровываются пузырьки?

8.Как называется образование, ограниченное тонопластом ?

9.Как называется внутреннее содержимое ядра?

10.Какое вещество составляет основу молекулы фермента?

6

Раздел 2. ФОТОСИНТЕЗ

Лист как орган воздушного питания. Пигменты хлоропластов, их строение и свойства. Биохимия и биофизика фотосинтеза. Влияние внешних условий на интенсивность фотосинтеза. Компенсационная точка и условия ее наступления. Основные показатели фотосинтетической деятельности и использование их при формировании посевов высокой продуктивности. Пути повышения КПД фотосинтеза.

Фотосинтез является уникальной функцией растительного организма. В процессе фотосинтеза создается 90-95% сухой биологической массы урожая; поэтому необходимо хорошо знать структурную организацию, основы биофизики и биохимии этого процесса. Очень важно обратить внимание на причины несоответствия между теоретически возможными и реально получаемыми величинами КПД фотосинтетической активности радиации. Необходимо разобраться в вопросах влияния светового и водного режима, а также минерального питания на фотосинтетическую деятельность растений, остановиться на факторах эндогенной регуляции фотосинтеза (состояние пигментного аппарата, концентрация ассимилятов в хлоропластах, гормоны, продуцируемые аттрагирующими центрами).

Особое внимание необходимо уделить посеву как фотосинтетической системе. Рассмотреть факторы, определяющие чистую продуктивность фотосинтеза: интенсивность процесса, площадь листьев, длительность фотосинтетической деятельности и затраты на дыхание. Наметить пути повышения урожая, отметив возможность увеличения коэффициента хозяйственной эффективности фотосинтеза, регулирования густоты стояния и структуры растений, особенности расположения листьев в пространстве, подбора оптимальных способов посева и посадки, применения удобрений и орошения.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Третьяков, Н. Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. –

М. : Колос, 2005. – С. 86-165.

2.Лебедев, Б. А. Физиология растений. – М. : Колос, 1982. – С. 128-194.

3.Рубин, Б. А. Курс физиологии растений. – М.: Высшая школа, 1976. – С. 83-187.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Каково значение поглощения углекислого газа при фотосинтезе в жизни биосферы?

2.Каково значение устьиц в фотосинтезе?

3.Что называют фотосинтетическим потенциалом?

4.Что называют фотосинтетическим фосфорилированием?

5.В каких лучах наблюдается максимум поглощения хлорофилла?

6. Какие лучи поглощают каротиноиды?

7. Почему цикл Кальвина называется С3 – путь? 8. Каковы основные особенности С4 – пути?

9. Что называют полуденной депрессией фотосинтеза?

7

Раздел 3. ДЫХАНИЕ РАСТЕНИЙ

Дыхание и его значение в жизни растений. Возможные пути окисления веществ. Ферменты дыхания. Химизм дыхания. Окислительное фосфорилирование. Энергетический выход дыхания. Дыхательный коэффициент и методы его опр е- деления. Углеводы, белки и жиры как субстраты дыхания. Взаимосвязь метаболических процессов в клетке через промежуточные продукты дыхания. Влияние внешних факторов на интенсивность дыхания. Регулирование интенсивности дыхания при хранении семян и сочных плодов.

В этом разделе, прежде всего, следует уяснить значение дыхания в метаболизме растений и особенности этого процесса, отличающие его от горения (многоступенчатость, обеспечивающая выделение энергии небольшими порциями и возможность ее запасания, а также образование промежуточных продуктов, используемых в разнообразных биосинтезах; ферментативный характер процесса, участие воды и дегидрирование как основной путь окисления).

Обратите внимание, что в качестве дыхательного субстрата могут использоваться разнообразные органические вещества — углеводы, жиры, белки, и как в зависимости от дыхательного субстрата изменяется величина дыхательного коэффициента. А также обратите внимание на то, что наряду с аэробным дыханием, в растениях может происходить и анаэробное дыхание по типу спиртового и молочнокислого брожений. Необходимо знать, в каких случаях дыхание целиком переходит на этот энергетически невыгодный путь окисления, и каковы последствия для растений.

Подробнее необходимо остановиться на окислительном фосфорилировании, энергетической и физиологической эффективности дыхания.

Представляет интерес проблема общего количества питательных веществ, используемых растением на дыхание, так как от соотношения между фотосинтезом и расходом на дыхание, зависит биологический урожай.

Большое значение имеют вопросы эндогенной регуляции, зависимости дыхания от температуры, влажности, газового состава среды и других условий, изменения дыхания при раздражении и повреждении тканей и органов растения. Эти вопросы необходимо рассматривать в связи с возможными способами регулирования дыхания сельскохозяйственной продукции при хранении.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Третьяков, Н. Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. –

М. : Колос, 2005. – С. 166-208.

2.Лебедев, Б. А. Физиология растений. – М. : Колос, 1982.– С. 195-235.

3.Рубин, Б. А. Курс физиологии растений. – М. : Высшая школа, 1976. –

С. 188-295.

8

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Какое значение имеет дыхание в жизни растения?

2.Почему цикл Кребса называют аэробной фазой дыхания?

3.АТФ, как универсальный аккумулятор энергии.

4.Какие ферменты участвуют в дыхании?

5.Как влияют на интенсивность дыхания абиотические факторы среды?

6.Каковы пути регуляции интенсивности дыхания при хранении продукции растениеводства?

7.Сходство и различия между дыханием и горением.

8.Анаэробные пути дыхания в растении.

Раздел 4. ВОДНЫЙ ОБМЕН РАСТЕНИЙ

Вода, её структура и свойства. Состояние и роль воды в растении. Поступление воды в клетку. Транспирация, корневое давление, силы сцепления молекул воды в сосудах, как факторы поступления и передвижения воды по растению. Водный баланс. Физиологические основы орошения.

Для изучения этого раздела необходимо детально разобраться не только в значении воды для растений и негативном влиянии водного дефицита на их жизнедеятельность, но и в процессах, обеспечивающих водообмен растений: поглощение воды, передвижение и распределение ее по растению, испарение. Необходимо составить четкое представление о сосущей силе, тургорном и осмотическом давлении, о роли вакуоли и клеточной стенки в этих явлениях.

Особое внимание следует уделить экологическим аспектам водообмена растений – влиянию факторов внешней среды на водообмен, способам регуляции водного режима растений. Иметь четкое представление о физиологических основах орошения, обратить внимание на применение удобрений как способ повышения эффективности использования воды. Знать методы определения интенсивности транспирации и её продуктивности.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Третьяков, Н.Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. – М.:

Колос, 2005. – С. 210-272.

2.Лебедев, Б.А. Физиология растений. – М.: Колос, 1982.– С. 89-127.

3.Рубин, Б.А. Курс физиологии растений. – М.: Высшая школа, 1976.– С. 196-323.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Что такое осмос?

2.Перечислите двигатели водного тока по растению.

3.Что такое транспирационный коэффициент?

4. Какое значение имеет транспирация в жизни растений?

5.Почему транспирацию называют неизбежным злом для фотосинтеза?

6.Что является доказательством корневого давления?

9

7.Как влияют абиотические факторы среды на интенсивность дыхания?

8.Почему клетка является осмотической системой?

Раздел 5. МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

Особенности строения корневой системы как органа поглощения элементов питания. Макро- и микроэлементы, их физиологическая роль. Питание растений азотом и фосфором. Формы азота доступные растению. Проблемы азотного питания. Особенности усвоения фосфора. Связь азотного и фосфорного питания. Физиологические основы применения удобрений. Аэропоника, гидр о- поника.

Изучению раздела «Минеральное питание растений» следует уделить особое внимание, так как современное земледелие немыслимо без применения удобрений.

В растениях присутствуют различные минеральные элементы, значение которых не всегда соответствует их количественному содержанию. Обратите внимание на роль вегетационного метода исследования, особенно водных культур, в изучении минерального питания.

Необходимо четко знать критерии необходимости и незаменимости элементов питания, уяснить физиологическую роль главнейших макро- и микроэлементов, их усвояемые формы и метаболизм в растении, признаки голодания при дефиците того или иного элемента. Обратите внимание на роль ионного транспорта в жизни растения.

Особое место в этом разделе занимают вопросы механизмов поступления минеральных элементов, их передвижения по симпласту и апопласту растений, реутилизации элементов минерального питания, а также изучение выделительной функции корней.

Продуктивность растений определяется обеспеченностью их минеральными элементами, и особенно азотом, фосфором и калием. Необходимо обратить внимание на ритм поглощения элементов минерального питания растениями в период вегетации, особенности минерального питания при орошении, способы расчета норм внесения удобрений при программировании урожаев различных сельскохозяйственных культур.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Третьяков, Н. Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. –

М. : Колос, 2005. – С. 272-337.

2.Лебедев, Б. А. Физиология растений. – М. : Колос, 1982. – С. 236-298.

3.Рубин, Б. А. Курс физиологии растений. – М.: Высшая школа, 1976. –

С. 324-421.

10