Лекция 1 Тема Введение в курс физиологии

Лекция № 1 Тема: Введение в курс физиологии растений Цель: Охарактеризовать физиологию растений как науку. Ввести в объект, предмет. • • План: 1. Дать определение. 2. Охарактеризовать объект, предмет изучения. 3. Дать историческую справку. 4. Охарактеризовать методы изучения 5. Познакомить с успехами и перспективами развития науки. 6. Определить задачи. 7. Познакомить с учебной и методической литературой. Дисциплина: Физиология растений План прохождения курса – Лекций – 51 час (3 часа в неделю), – Лабораторных работ – 68 час (4 часа в неделю) Формы контроля знаний: Семинары по каждой теме, Коллоквиум, Экзамен.

Физиология растений – наука о жизнедеятельности растений их функциональной активности. • Занимается исследованием основных закономерностей жизни растений. • Является теоретической основой земледелия. Объект: Высшие растения – организмы, осуществляющие фототрофный образ жизни. Предмет изучения: изучения • Функции растений, их органов, тканей, клеток, а также причины проявления жизнедеятельности. • Основные функции растительного организма и их взаимосвязь можно представить в виде следующей схемы:

Автотрофный способ питания Поглощение Н 2 О Минеральное питание Гетеротрофный способ питания Отложение в запас Транспорт веществ Дыхание Выделение веществ Синтез веществ и структура клетки Движение Защита Рост и морфогенез организма Размножение У растений несколько единых для всего организма функциональных систем, каждая из которых состоит из нескольких типов тканей и клеток. n

I. Системы питания Автотрофное, корневое и гетеротрофное. Система автотрофного питания включает фотосинтезирующие органы. Это главная особенность растительного организма. Являясь продуцентами органического вещества зеленые растения служат источником пищи для всех гетеротрофных организмов, создают материальную и энергетическую базу для существования всех организмов населяющих планету. Корневое питание осуществляется за счет поглощения воды и минеральных солей из почвы. Вместе с фотосинтезом оно обеспечивает растение необходимыми питательными веществами. Гетеротрофное питание осуществляют все незеленые органы растения, паразиты и насекомоядные. Клетки и ткани растений способны питаться гетеротрофно во время прорастания семян и клубней, ночью, когда фотосинтез отсутствует.

II. Транспорт веществ занимает центральное место в обмене веществ целого растения. Ближний транспорт осуществляется по нескольким непрерывным фазам тела растения: • по апопласту (в фазе клеточных стенок и по межклетникам). • по симпласту (синцитию протопластов). • по эндопласту (ЭПР).

ËIII. Дыхательная система имеет диффузный характер. Энергия дыхания тратится на выполнение жизненных функций организма.

ËIV. Выделительная система также располагается диффузно. Часть веществ выделяется наружу или в вакуоль.

ËV. Синтез веществ специфических метаболитов и структур происходит за счет образованных и поглощенных питательных веществ.

ËVI. Морфогенез растений и процессы размножения осуществляются на основе деления, роста и дифференцировки клеток.

ËVII. Движение – естественную роль играет во многих явлениях жизнедеятельности. Медленно меняющиеся условия окружающей среды не требуют от растений быстрых двигательных реакций. При необходимости в процессе эволюции у растений развивается способность к быстрым движениям (мимоза, венерина мухоловка).

ËVIII. Защита реализуется за счет синтеза защитных веществ.

Историческая справка Физиология растений возникла в середине 17 века как часть ботаники • Мальпиги в «Анатомии растений» (1675 -79 гг. ), С. Гейлс в «Статике растений» в 1727 г. впервые изложили результаты физиологических опытов. В середине 18 века (1772 -1782 г. ) произошло открытие воздушного углеродного питания. В 1800 году в трактате Ж. Сенебье «Физиология растений» , были впервые определены предмет, задачи и методы исследований. В 1861 г. была издана монография немецкого ученого М. И. Шлейдена «Растение и его жизнь» .

• В 1889 г. опубликован первый в России учебник физиологии растений Фаминциным Андреем Сергеевичем – основателем отечественной физиологии и биохимии растений. • В этом учебнике наблюдался целостный подход к растительному организму. Он сохранился и в других отечественных учебниках С. П. Костичева (1933), Н. А. Максимова (1941), П. А. Генкеля (1965).

В 19 веке дифференцировались: • основные разделы физиологии: фотосинтез, дыхание, водный режим, минеральное питание, движение, раздражимость, устойчивость. • возникла эволюционная физиология. Первая половина 20 века посвящена изучению биохимических механизмов дыхания и фотосинтеза. Развивается энзимология, физиология клетки, экологическая физиология. Открываются фитогормоны. В это время (20 -30 годы) появляются классические труды Климента Аркадьевича Тимирязева «Жизнь растений» , «Солнце, жизнь и хлорофилл» .

В 1934 г. организован институт физиологии растений АН СССР им. Тимирязева, где развертываются исследования по общей и особенно экологической физиологии. • Во второй половине 20 в. Происходит слияние в целое достижений молекулярной биологии, биофизики, генетики, биохимии, цитологии и биологического моделирования. Модернизируются методы исследований, она становится более точной наукой.

В современной физиологии растений различают 6 принципиально важных направлений • Биохимическое – рассматривает функциональное значение органических веществ, образующихся в процессе фотосинтеза, дыхания, выявляет закономерности минерального питания растений, пути биосинтеза органических веществ. • Биофизическое – изучает вопросы энергетики клетки, электрофизиологии растений, физико – химические закономерности водного режима, корневого питания, роста, раздражения, фотосинтеза и дыхания растений. • Онтогенетическое – исследует возрастные закономерности развития растений (фотопериодизм, светокультуру, закаливание растений). • Эволюционное, или сравнительное – вскрывает особенности Эволюционное филогенеза вида, особей, индивидуального развития при определенных внешних условиях, изучает онтогенез как функцию генома, которая сложилась в филогенезе.

• Экологическое – исследует зависимость внутренних процес-сов растительного организма от внешней среды. Задача этого направления – разрабатывать такие приёмы воздействия на растения, которые были бы эффективными в сельскохозяйственном производстве. • Синтетическое или кибернетическое – изучает общие закономерности роста растений, энергетики и кинетики взаимосвязанных процессов: фотосинтеза и дыхания, питания и органообразования. • Экологическое и кибернетическое направления являются связующими звеньями между глубоким проникновением в сущность физиологических процессов и практикой земледелия. Только связь с практикой может поднять эффективность науки.

Методы К. А. Тимирязев считал, что физиолог должен использовать 3 группы методов Методы экспериментальный исторический описательный

• Опыт, эксперимент – основной метод познания процессов, явлений в физиологии растений. Различают эксперимент: 1. лабораторно – аналитический 2. вегетационный 3. полевой • Лабораторно – аналитическими методами изучают физико-химическую суть функций. Для этого используют световую и электронную микроскопию, электрофорез, хроматографию, и другие методы исследований. • Вегетационный метод определяет потребность растений в питательных элементах. Чаще используется для изучения корневого питания растений. Растение в данном случае является индикатором плодородия.

• Основу вегетационного опыта составляет выращивание растений на естественных почвах в особых стеклянных или металлических сосудах, вмещающих от 5 до 100 кг и более почвы при возможно более поддающихся учету и регулированию внешних условиях. • Опыт ведется в течение всего вегетационного периода, и в конце его сравнивается урожай растений в различных вариантах. • Вегетационный метод дает очень ценные указания на наличие в почве тех или иных питательных для растения веществ и на необходимость внесения в нее определенных удобрений. • Полевой метод проводится для точного определения, сколько и какого удобрения нужно вносить в данную почву (установление нормы и эффективности применяемых форм удобрений).

• Полевые методы более объективные, однако они продолжительны во времени и их результат в сильной степени зависит от погодных условий. • Для воспроизведения естественных условий в искусственной среде создали фитотроны. • Фитотрон – лаборатория искусственного климата, где исключается возможность случайного воздействия нежелательного метеорологического фактора и изучаются реакции растений в легко воспроизводимых и контролируемых условиях. • Первый фитотрон был построен в 1949 г. при Калифорнийском технологическом институте. • В 1975 г. создан фитотрон в институте физиологии растений им. Тимирязева АН СССР в г. Москве.

Успехи физиологии растений: • Выяснены механизмы важнейших процессов жизнедеятельности растений фотосинтеза, дыхания, усвоения элементов питания, роста и развития. • Физиологи научились управлять ростом корней, регулировать плодоношение, выращивать растения без почвы, размножать их не семенами, а через культуру растительных тканей, освобождать посадочный материал от вирусной инфекции, вводить в культуру новые виды дикорастущих растений (амарант, гваюло, хохоба). • Современные разработки физиологов вносят вклад в биотехнологию. Создаются растения с новыми полезными признаками: высокой продуктивностью, устойчивостью к вредителям и болезням, гербицидам, экологическим факторам.

Задачи: 1. 2. 3. 4. 5. Раскрытие сущности процессов протекающих в растительном организме; Установление взаимоотношений (донорно-акцепторных) внутриклеточных, межтканевых, межорганных и ценотических; Изучение изменений в жизнедеятельности под влиянием окружающей среды; Изучение механизмов разноуровневой регуляции; Изучение физиологии продукционного процесса и др.

• По Курсанову А. Л. основной задачей современной физиологии растений является способность находить место и значение элементарным свойствам биологической материи в жизни клетки и целого организма. • Возрастает научно-прикладной потенциал физиологии растений. Между фундаментальной физиологией и растениеводством лежит зона испытаний и применений.

Учебно-методическая литература: Основная 1. 2. 3. 4. 5. Полевой В. В. Физиология растений. – М. : Высшая школа, 1989. Якушкина Н. И. Физиология растений. – М. : Просвещение, 1993. Рубин С. А. Курс физиологии растений. – М. : Высшая школа, 1976. Петункина Л. О. Физиология растительной клетки. – Кемерово, 1997. Петункина Л. О. Учебно-методический комплекс по физиологии растений. – Кемерово, 1998.

Дополнительная 1. 2. 3. 4. 5. Либберт Э. Физиология растений, Мир, 1976. Гэлстон А, Девис П. , Сэттер Р. Жизнь зеленого растения. - М. : Мир, 1983. Рейви П, Эверт Р. , Айккорн С. Современная ботаника. – М. : Мир, т. 1 -2, 1990. Грин Н. , Стаут У. , Тейлор Д. Биология. – М. : Мир, т. 1 -3, 1990. Петункина Л. О. Устойчивость растений (курс лекций). – Кемерово, 1998.