Кто читает:: Факультет биологии и биотехнологии

Статус:: Курс обязательный

Когда читается:: 2-й курс, 1, 2 модуль

Преподаватели

Емельянов Владислав Владимирович

Шишова Мария Федоровна

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Физиология растений — наука о функционировании растительного организма, включает основные разделы: фотосинтез, дыхание, минеральное питание и азотный обмен, водный обмен и транспорт веществ по растению, структура растительной клетки, гормональная и световая регуляция роста и развития, устойчивость растений к неблагоприятным факторам и вторичный метаболизм. Программа предназначена для преподавателей, ведущих дисциплину «Физиология растений», учебных ассистентов и студентов направления подготовки 06.03.01 Биология, обучающихся по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология». Программа учебной дисциплины разработана в соответствии с: Образовательным стандартом НИУ ВШЭ по направлению 06.03.01 Биология; Образовательной программой «Клеточная и молекулярная биотехнология» и объединенным учебным планом по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология». Данная учебная дисциплина включена в раздел «Базовая часть» Учебного плана 06.03.01 Биология и относится к базовой профильной части. Осваивается на 2 курсе в 1-2 модулях. Изучение данной дисциплины базируется на результатах освоения дисциплины «Клеточная биология: основы биопроцессов», «Структурная и эволюционная ботаника». Основные положения дисциплины «Физиология растений» будут использоваться при изучении дисциплин «Современные методы биотехнологий», «Биоэнергетика», «Экология и биоэкология» и при прохождении практики на 2-4 курсах образовательной программы «Клеточная и молекулярная биотехнология».

Цель освоения дисциплины

дать студентам современные представления о природе основных физиолого-биохимических процессах зеленого растения, механизмах их регулирования на разных уровнях организации растительного организма и основных закономерностях взаимосвязи с окружающей средой; с принципами системной организации, дифференциации, интеграции функций организма.

Планируемые результаты обучения

Понимание систем регуляции растений (внутриклеточные и организменные): генетическая, мембранная, трофическая, гормональная, электрофизиологическая.
Знание особенностей водного обмена у растений различных экологических групп.
Знание физиологических основ орошаемого земледелия.
Освоение навыков извлечения пигментов и изучения химических свойств пигментов листа.
Знание оптических свойств пигментов.
Количественное определение пигментов.
Знание об активности каталазы в растительной ткани, интенсивности дыхания семян в закрытом сосуде.
Ознакомление с общей и рабочей адсорбирующей поверхностью корневой системы.
Знание зон роста в органах растений.
О нарушении гравитропизма корней под действием эозина.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Введение в физиологию растений.
Предмет, цель и задачи физиологии растений. Краткая история развития физиологии растений. Методы и методология физиологии растений: аналитический и синтетический подход, причинный анализ. Общая и частная физиология растений. Практическое значение физиологии растений как теоретической основы растениеводства. Связь физиологии растений с агрономическими науками и селекцией. Положение физиологии растений в системе биологических наук. Связь с современными биологическими дисциплинами. Физиология растений - интегрирующая наука. Системы регуляции растений (внутриклеточные и организменные): генетическая, мембранная, трофическая, гормональная, электрофизиологическая.
Тема 2. Водный режим растений.
Роль воды в жизни растений. Молекулярная структура и физические свойства воды. Поступление воды в растительную клетку. Осмотическое давление и ее значение в поглощении воды клеткой. Методы определения осмотического давления. Термодинамические показатели водного режима растений: активность воды, химический и водный потенциал. Методы определения водного по-тенциала. Изменение осмотических показателей в зависимости от насыщенности клеток водой. Состояние воды в растворах. Взаимодействие воды и биополимеров (белков), гидратация. Формы воды в клетке: свободная и связанная вода, их физиологическая роль. Корневая система как орган поглощения воды. Состояние воды в почве. Поступление и передвижение воды в корне: пути и механизмы. Корневое давление. "Плач" и гуттация растений. Транспирация, ее значение; лист как орган транспирации. Виды транспирации, ее показатели. Суточный ход транспирации, влияние внешних условий. Устьичная транспирация. Регуляция устьичных движений при действии внешних и внутренних факторов. Пути и механизмы передвижения воды по растению. Особенности водного обмена у растений различных экологических групп. Физиологические основы орошаемого земледелия. Вязкость протоплазмы. Явление плазмолиза и деплазмолиза. Плазмолиз. Влияние ионов калия и кальция на вязкость цитоплазмы.
Тема 3. Фотосинтез.
История развития учения о фотосинтезе. Работы К.А. Тимирязева в области фотосинтеза. Значение фотосинтеза для биосферы. Экологический этап в развитии учения о фотосинтезе. Водное происхождение кислорода фотосинтеза. Доказательства существования световой и темновой фаз фотосинтеза - 2часа. Пигментные системы фотосинтезирующих организмов. Хлорофиллы: строение, спектральные свойства, функции, биосинтез. Электронно-возбужденное состояние пигментов. Каротиноиды и фикобиллины: распространение, строение, спектральные свойства, функции. Явление хроматической адаптации. Две пигментные системы (ФСI и ФСII): состав, функции, локализация. Фотосинтетическая единица. Реакционный центр. ЭТЦ фотосинтеза: циклический и нециклический транспорт электронов (световая стадия фотосинтеза). Фотофосфорилирование: циклическое и нециклическое. Хемиосмотическая теория энергетического сопряжения Митчелла. Темновая стадия фотосинтеза: химизм реакций цикла Кальвина-Бенсона. Химизм реакций ассимиляции С4 растений. Цикл Хетча-Слэка-Карпилова. САМ-метаболизм органических кислот. Физиологические особенности С4-растений. Фотодыхание (химизм, структурная организация процесса) и функциональная роль. Суточные и сезонные изменения фотосинтеза. Фотосинтез, рост и продуктивность растений. Экология фотосинтеза: влияние основных факторов среды на интенсивность и направленность фотосинтеза. Извлечение пигментов и изучение химических свойств пигментов листа: разделение пигментов по Краусу, получение феофитина, омыление хлорофилла, флуоресценция хлорофилла. Оптические свойства пигментов. Количественное определение пигментов.
Тема 4. Дыхание.
Дыхание и его роль в жизнедеятельности растений. История развития учения о дыхании: начальный этап, работы Баха, Палладина, Виллана, Варбурга, Кейлина. Взаимосвязь брожения и дыхания. Работы С.П. Костычева. Количественные показатели дыхания: интенсивность дыхания, дыхательный коэффициент и его зависимость от природы окисляемого субстрата. Основные этапы дыхания и их субклеточная локализация. Анаэробная фаза дыхания (гликолиз): этапы и энергетический выход. Аэробная фаза дыхания. Цикл Кребса, энергетический выход. ЭТЦ дыхания растений, ее особенности. Окислительное фосфорилирование: механизмы и энергетическая эффективность. Пентозофосфатный путь дыхания, его значение. Экология дыхания (влияние внешних и внутренних факторов); изменение интенсивности дыхания в онтогенезе растений. Активность каталазы в растительной ткани. Интенсивность дыхания семян в закрытом сосуде.
Тема 5. Минеральное питание.
История развития учения о минеральном питании растений. Содержание минеральных элементов в растениях. Макроэлементы - их физиологическая роль. Физиологическая роль азота в жизни растений. Источники азотного питания высших растений. Фиксация молекулярного азота. Азотный обмен высших растений: восстановление нитратов и пути их усвоения аммиака. Микроэлементы в жизни растений. Механизм поступления ионов в клетку. Роль клеточной оболочки. Транспорт ионов через мембраны: пассивный и активный. Корень как орган поглощения минеральных элементов. Метаболизм корней - часа. Экология минерального питания: влияние внешних и внутренних факторов. Физиологические основы применения удобрений. Общая и рабочая адсорбирующая поверхности корневой системы (метод Сабинина и Колосова).
Тема 6. Рост и развитие растений.
Рост и развитие растений. Этапы онтогенеза высших растений: эмбриональный, ювенильный, размножение, старость и отмирание. Фазы роста растительной клетки: деление, растяжение и дифференцировка. Старение и смерть клетки. Типы роста у растений и морфогенез основных вегетативных органов - стебля, листа, корня. Коррелятивный рост. Влияние внешних условий на рост растений. Периодичность роста, типы покоя. Ростовые движения (геотропизм, фототропизм, хемотропизм и др.). Настии. 2. Открытие и общие свойства фитогормонов. Работы Ч. Дарвина, Бойсена-Иенсена, Холодного, Вента. Гормональная теория тропизмов. Ауксины. Строение, содержание, синтез, распределение в различных частях растений. Окислительный распад. Полярный транспорт. Физиологическая активность и механизмы действия. Явление апикального доминирования. Практическое использование ауксинов в растениеводстве и биотехнологии. Гиббереллины. Открытие, строение, содержание, транспорт и распределение в различных частях и органах растений. Физиологическая активность и механизмы действия. Практическое применение. Цитокинины. Природные и синтетические. Открытие, строение, содержание, места синтеза, транспорт и распределение в растениях. Физиологическая активность и механизмы действия. Взаимодействие с другими гормонами. Фитогормоны - ингибиторы роста: абсцизовая кислота и этилен. Строение, места синтеза, содержание и распределение в растениях. Физиологическая активность и механизмы действия. Зоны роста в органах растений. Нарушение гравитропизма корней под действием эозина. Эпина-стические и гипонастические изгибы листьев под влиянием индолилуксусной кислоты.

Элементы контроля

Работа на семинарах, доклад по презентации
Работа на семинарах в форме доклада с презентацией 5 минут и 5 минут ответы на вопросы. При подготовке презентации группой студентов, должна быть возможность сделать доклад каждым студентом
Экзамен
Тест
Тест содержит 10 вопросов, каждый по одному баллу.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.3 * Работа на семинарах, доклад по презентации + 0.3 * Тест + 0.4 * Экзамен

Бакалаврская программа «Клеточная и молекулярная биотехнология»

Контакты

Физиология растений

Преподаватели

Программа дисциплины

Аннотация

Цель освоения дисциплины

Планируемые результаты обучения

Содержание учебной дисциплины

Элементы контроля

Промежуточная аттестация

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

Рекомендуемая дополнительная литература