Физиология растений

Российский  Государственный Аграрный Заочный  Университет 
 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа 

«Физиология растений» 
 
 
 

Выполнил: Труш Н.Н.                         Шифр 3773  
 
 
 
 
 

 ^{Москва, 2012. 
1.     Физиология растений}

^{Для жизни растений необходимы определенные условия внешней среды. Основные из них — солнечный свет, тепло, вода, элементы питания из почвы, диоксид углерода и кислород из воздуха. Они влияют на все физиологические процессы, происходящие в тканях растений.} 

^{Фотосинтез  и дыхание} 

^{Фотосинтез  — важнейшая жизненная функция зеленых растений, результат которой — первичный синтез органического вещества. Для осуществления фотосинтеза необходим одновременный приток света, тепла, воды, диоксида углерода из воздуха и питательных веществ из почвы (элементов минерального питания). Сущность фотосинтеза заключается в том, что под действием энергии солнечного луча, поглощаемой хлоропластами листьев и других зеленых органов растений, вода разлагается (фотолиз воды). При этом образуется свободный кислород, который выделяется в окружающую среду, а водород присоединяется к углероду диоксида углерода, восстанавливает его и в результате образуются органические вещества: углеводы, белки, кислоты, витамины, фитогормоны и др. Фотосинтез — сложный многоступенчатый процесс, протекающий с участием многих ферментов. В нем выделяют световую и темновую фазы. Световая фаза осуществляется только на свету.} 

^{Одновременно  с созданием органического  вещества в растениях  происходит противоположный  процесс — дыхание. Дыхание сопровождается расходом органического вещества с высвобождением заключенной в нем энергии химических связей, необходимой растениям для поглощения из почвы воды вместе с растворенными в ней питательными веществами и подачи их к листьям, для осуществления процессов роста и многих других жизненных функций. При дыхании органы растений поглощают кислород и выделяют диоксид углерода.} 
 
 

^{В продуктивных посевах  листья растений поглощают  до 80 — 85% фотосинтетически активных лучей с  длиной волн 380 — 710 нм (0,38—0,71 мкм). Эту часть солнечного спектра называют фотосинтетически активной радиацией. Лучи хорошо поглощаются зеленым пигментом хлоропластов — хлорофиллом и являются энергетической основой фотосинтеза. Однако на фотосинтез расходуется не более 1,5 — 3% поглощенной энергии ФАР. Фотосинтез у растений начинается при очень слабом освещении, затем возрастает и у многих сельскохозяйственных культур достигает максимальной величины при освещенности порядка трети— половины полной солнечной радиации (полная — около 100 тыс. лк в июне — июле). В условиях сильного затенения, а также в утренние и вечерние часы интенсивность фотосинтеза и дыхания растений выравниваются (световой компенсационный пункт). Световой компенсационный пункт у теневыносливых растений составляет примерно 1 % от полного света, у светолюбивых — около 3 — 5 % от полного солнечного света. При дальнейшем снижении освещенности дыхание превосходит фотосинтез, органическое вещество не накапливается, а расходуется. Подобное наблюдается в излишне загущенных и засоренных посевах. Количество (интенсивность) и качество (спектральный состав) света, длительность светового периода (длина дня) влияют не только на фотосинтез, но и на темпы роста и развития растений, сокращают или увеличивают время от посева до цветения и уборки урожая. Световые условия в посевах можно регулировать сроками сева, густотой стояния растений, составом травосмесей и другими приемами агротехники.} 

^{Для начала фотосинтеза  минимальная температура  у большинства  сельскохозяйственных культур составляет 0 — 5 °С, хотя у некоторых растений северных широт фотосинтез идет и при более низких температурах (у сосны, ели при -15 °С). Наиболее благоприятная, или оптимальная, температура, при которой интенсивность фотосинтеза достигает максимального уровня, у разных групп растений колеблется в пределах 20 — 30 °С. Дальнейшее повышение температуры снижает интенсивность фотосинтеза, а при 40 — 45 °С он полностью прекращается.} 

^{В отличие от фотосинтеза  дыхание практически  у всех растений проходит при отрицательной  температуре. У большинства растений нижний температурный предел дыхания составляет примерно -10 °С. У зимующих частей растений, например почек деревьев, хвои сосны и ели, заметное дыхание наблюдается даже при -20, -30 °С. Максимальная интенсивность дыхания у большинства видов растений средних широт наблюдается при 35 — 40 °С, т.е. на 5—10 °С выше, чем при фотосинтезе. Максимальные (предельные) температуры для дыхания (45 — 55 °С) определяются способностью белков растений к денатурации.}

      20.Основные элементы структуры хлоропластов.Онтогонез хлоропластов.                

     Хлоропласты — пластиды высших растений, в которых идет процесс фотосинтеза, т. е. использование энергии световых лучей для образования из неорганических веществ (углекислого газа и воды) органических веществ с одновременным выделением в атмосферу кислорода. Хлоропласты имеют форму двояковыпуклой линзы, размер их около 4-6 мкм. Находятся они в паренхимных клетках листьев и других зеленых частей высших растений. Число их в клетке варьирует в пределах 25-50.

       Снаружи хлоропласт покрыт оболочкой,  состоящей из двух липопротеиновых  мембран, внешней и внутренней. Обе мембраны имеют толщину  около 7нм, они отделены друг  от друга межмембранным пространством  около 20-30нм. Внутренняя мембрана  хлоропластов, как и других пластид образует складчатые впячивания внутрь матрикса или стромы. В зрелом хлоропласте высших растений видны два типа внутренних мембран. Это- мембраны, образующие плоские, протяженные ламеллы стромы, и мембраны тилакоидов, плоских дисковидных вакуолей или мешков.

     Связь внутренней мембраны хлоропласта с  мембранными структурами внутри него хорошо прослеживается на примере  мембран ламелл стромы. В этом случае внутренняя мембрана хлоропласта образует узкую (шириной около 20нм.) складку, которая может простираться почти через всю пластиду. Таким образом, ламелла стромы может представлять собой плоский полый мешок или же иметь вид сети из разветвленных и связанных друг с другом каналов, располагающихся в одной плоскости. Обычно ламеллы стромы внутри хлоропласта лежат параллельно и не образуют связей между собой.

     Кроме мембран стромы в хлоропластах обнаруживаются мембранные тилакоиды. Это плоские  замкнутые мембранные мешки, имеющие  форму диска. Величина межмембранного пространства у них также около 20-30нм. Такие тилакоиды образуют стопки наподобие столбика монет, называемые гранами. Число тилакоидов на одну грану варьирует: от нескольких штук до 50 и более. Размер таких стопок может достигать 0,5 мкм, поэтому граны видны в некоторых объектах в световом микроскопе. Количество гран в хлоропластах высших растений может достигать 40-60. Тилакоиды в гране сближены друг с другом так, что внешние слои их мембран тесно соединяются; в месте соединения мембран тилакоидов образуется плотный слой толщиной около 2нм. В состав граны кроме замкнутых камер тилакоидов обычно входят и участки ламелл, которые  в местах контакта их мембран с мембранами тилакоидов тоже образуют плотные 2-нм слои. Ламеллы стромы, таким образом как бы связывают между собой отдельные граны хлоропластов. Однако полости камер тилакоидов всегда замкнуты и не переходят в камеры межмембранного пространства ламелл стромы.

     В матриксе ( строме)  хлоропластов обнаруживаются  молекулы ДНК, рибосомы; там же происходит первичное отложение запасного  полисахарида, крахмала, в виде крахмальных зерен.

       В хлоропластах содержатся различные  пигменты. В зависимости от вида  растений это:

     хлорофилл:

     - хлорофилл А (сине-зеленый) - 70 % (у  высших растений и зеленых  водорослей);

     - хлорофилл В (желто-зеленый) - 30 % (там  же);

     - хлорофилл С, D и E встречается  реже - у других групп водорослей;

     Иногда  зеленый цвет маскируется другими  пигментами хлоропластов (у красных  и бурых водорослей) или клеточного сока (у лесного бука). Клетки водорослей содержат одну или несколько различной форм хлоропластов.

     Хлоропласты, хромопласты и лейкопласты способны клетка взаимному переходу. Так при  созревании плодов или изменении  окраски листьев осенью хлоропласты  превращаются в хромопласты, а лейкопласты  могут превращаться в хлоропласты, например, при позеленении клубней картофеля.

         Хлоропласты в листьях.                                  

ХЛОРОПЛАСТЫ, ИХ СТРОЕНИЕ И ОБРАЗОВАНИЕ 

Весь процесс  фотосинтеза протекает в зеленых пластидах -хлоропластах. Различают три вида пластид: лейкопласты — бесцветные, хромопласты — оранжевые, хлоропласты - зеленые. Именно в хлоропластах сосредоточен зеленый пигмент хлорофилл. 

Незеленые организмы, например грибы, лишены пластид. Эти растения не обладают способностью к фотосинтезу. В процессе эволюции дифференциация пластид произошла очень рано. Правда, у фотосинтезирующих бактерий пластид еще нет, их роль выполняют внутрицитоплазматические мембраны (пурпурные бактерии) или особые структуры — хлоросомы, локализованные на мембранах (зеленые бактерии). Это наиболее примитивная организация фотосинтетического аппарата. Однако уже у водорослей имеются специальные образования (хроматофоры), в которых сосредоточены пигменты, они разнообразны по форме (спиральные, ленточные, в виде пластинок или звезд). Высшие растения характеризуются вполне сформировавшимся типом пластид в форме диска или двояковыпуклой линзы. Приняв форму диска, хлоропласты становятся универсальным аппаратом фотосинтеза. 
 

     Рис.1Схема  гранулярно-сетчатой структуры хлоропластов.                                                  
 

     Рис.2 Схема строения хлоропласта.                                                  

В строме хлоропластов имеются нити ДНК, рибосомы, крахмальные зерна. Зеленый пигмент хлорофилл в виде комплекса с белками (пигмент-белковые комплексы) сосредоточен главным образом в ламеллах гран и частично в ламеллах стромы. На поверхностях ламелл имеются округлые частицы, в которых локализован фермент, катализирующий синтез АТФ (АТФ-синтетаза). Этот фермент связан с белком, расположенным в самой мембране (рис.3).

Рис.3. Поверхность  ламелл хлоропластов.

ОНТОГЕНЕЗ ПЛАСТИД

Пластиды, так  же как и митохондрии, не возникают  вновь, а размножаются путем деления. В яйцеклетке имеются так называемые инициальные частицы, из которых в дальнейшем и развиваются как митохондрии, так и пластиды. Эта точка зрения подтверждается явлением так называемой цитоплазматической или пластидной (внехромосомной) наследственности. Как известно, у раздельнополых организмов женские и мужские гаметы вносят в зиготу одинаковый вклад в отношении генов. Однако женская гамета содержит во много раз больше цитоплазмы и инициальных частиц. Корренс показал, что окраска листьев у пестролистных растений наследуется исключительно по материнской линии. Так, оказалось, что цветки, развившиеся на зеленых побегах, дают семена, из которых вырастают растения с зелеными листьями. Цветки на ветвях с пестрыми листьями дают семена, из которых вырастают пестролистные растения. Окраска листьев растений, с цветков которых собиралась пыльца для опыления, не имеет значения для потомства. Эти опыты и привели к предположению, что хлоропласты представляют собой генетически автономные образования и их свойства наследуются по материнской линии. Хлоропласты содержат специфические молекулы ДНК и обладают белоксинтезирующей системой. Однако хлоропласты нельзя отнести к полностью автономным образованиям. В самом деле, количество находящейся в пластидах ДНК не может обеспечить все разнообразие пластидных белков. Частично белки хлоропластов образуются под контролем ядра (Ю. С. Насыров). Так же как и для митохондрий, начальной стадией роста хлоропластов являются инициальные частицы. Эти частицы — глобулярные образования, окруженные двойной мембраной значительно более плотной консистенции по сравнению с окружающей гиалоплазмой. Инициальные частицы увеличиваются в размере и приобретают форму двояко выпуклой линзы. Одновременно их внутренняя мембрана начинает разрастаться, образуя складки. От складок отшнуровываются пузырьки (тилакоиды), которые располагаются параллельно и пронизывают всю строму. На этой стадии развития частицы становятся видимыми в световой микроскоп (0,3—0,5 мкм) — это уже пропластиды.