Контрольная работа по "Физиологии растений"

оглавление

1. Физиология растений — наука, которая изучает процессы………………....3

2. Причины движения устичьных клеток . Фотоактивная, гидроактивная и       гидропасивная реакция устьиц…………………………………………………...4

3. Заслуги А.П.Баха  и В.И. Палладина в изучении химизма дыхания……..…7

4. Дыхание анаэробное. Промежуточные и конечные продукты

   анаэробного дыхания…………………………………………………………..8

5 .Качество растительных масел в зависимости от факторов внешней     среды………………………………………………………………………….…..11

6. Отличительные признаки покоящихся семян. Причины покоя……...…….13

7. Физиология накопления белков и запасных углеводов в зерне бобовых культур…………………………………………………………………...……….15

8.Список литературы…………………………………………………………….17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Предмет  задачи  и методы физиологии растений .

 Физиология растений — наука, которая изучает процессы жизнедеятельности и функции растительного организма. Слово «физиология» греческого происхождения; оно состоит из двух слов: physis — природа и logos — понятие, учение. Физиология растений является наиболее развитой отраслью экспериментальной ботаники, которая в XIX в. выделилась в самостоятельную науку. Она тесно связана с химией, физикой, биохимией, биофизикой, микробиологией, молекулярной биологией.

Перед научными работниками, физиологами растений поставлены такие  задачи: изучить обмен веществ  и энергии в растительном организме, фотосинтез, хемосинтез, биологическую  фиксацию азота из атмосферы и  корневое питание растений; разработать  методы повышения использования  растениями солнечной энергии и  питательных веществ почвы, обогащения почвы азотом; создать новые, более  эффективные формы удобрений  и разработать методы их применения; исследовать действие биологически активных веществ с целью использования их в растениеводстве; разработать методы более продуктивного использования воды растением. Без решения этих вопросов невозможно решение и ряда других проблем земледелия и растениеводства, направленных на повышение урожайности.

Интенсивное применение минеральных  удобрений, гербицидов, физиологически активных веществ, химических препаратов для защиты растений от болезней и  вредителей требует глубокого и  всестороннего изучения их влияния  на рост и обмен веществ растительных организмов с целью значительного  повышения продуктивности сельскохозяйственных растений.

Решение поставленных задач  имеет большое значение для разработки проблем ускорения научно-технического прогресса в растениеводстве  и дальнейшего развития сельского  хозяйства нашей страны.

Основной метод познания процессов, явлений в физиологии — эксперимент, опыт. Следовательно, физиология растений — наука экспериментальная.

Для изучений физико-химической сути функций, процессов в физиологии растений широко применяют методы: лабораторно-аналитический, вегетационный, полевой, меченых атомов, электронной  микроскопии, электрофореза, хроматографического анализа, ультрафиолетовой и люминесцентной микроскопии, спектрофотометрии и др. Кроме того, используют фитотроны и лаборатории искусственного климата, в которых выращивают растения и проводят опыты в условиях определенного состава воздуха, нужной температуры и освещения. Применяя эти методы, физиологи исследуют растения на молекулярном, субклеточном, клеточном и организменном (интактное растение) уровнях.

Сейчас в биологических  исследованиях широко применяют  электронные микроскопы просвечивающего  типа с разрешающей способностью 0,15—0,5 нм, в которых объект рассматривают  в электронных лучах, проходящих через него. Значительное увеличение разрешающей способности электронных  микроскопов по сравнению со световыми обусловливается меньшей длиной волны электронов (на пять порядков меньшей, чем длина волны ультрафиолетовых лучей).

Кроме того, для биологических  исследований применяют так называемые растровые электронные микроскопы, в которых изображение создается  по принципу телевизионных. Разрешающая  способность растровых микроскопов  равна 20—40 нм, с их помощью изучают  строение поверхности пыльцы, эпидермального слоя клеток, формы клеток и др. Применение электронной микроскопии в биологии имеет большое значение для развития биологической науки и физиологии растений в частности.

Исследование ультраструктуры  органоидов растительной клетки (хлоропластов, митохондрий, рибосом, мембранных структур) дало возможность раскрыть суть процессов  фотосинтеза и дыхания, которые  определяют возможность самой жизни  на нашей планете. Изучение строения клеточных оболочек, открытие цитоплазматических мембранных структур способствовали выяснению  процессов обмена веществ и энергии  в клетке, изучению структуры и  функции органоидов растительной клетки. Большое принципиальное значение имеет  электронно-микроскопическое исследование строения РНК и ДНК, локализации  их на структурных компонентах клетки. Результаты этих исследований легли  в основу раскрытия генетической роли ядра и проблемы наследственности.

2.Причины движения устичьных клеток . Фотоактивная, гидроактивная и гидропасивная реакция устьиц

Различают три типа реакций  устьичного аппарата на условия среды:

1. Гидропассивная реакция — это закрывание устьичных щелей, вызванное тем, что окружающие паренхимные клетки переполнены водой и механически сдавливают замыкающие клетки. В результате сдавливания устьица не могут открыться и устьичная щель не образуется. Гидропассивные движения обычно наблюдаются после сильных поливов и могут служить причиной торможения процесса фотосинтеза.

2. Гидроактивная реакция открывания и закрывания — это движения, вызванные изменением в содержании воды в замыкающих клетках устьиц.

3. Фотоактивная реакция. Фотоактивные движения проявляются в открывании устьиц на свету и закрывании в темноте.

Особенное значение имеют  красные и синие лучи, которые  наиболее эффективны в процессе фотосинтеза. Это имеет большое приспособительное  значение, т. к. благодаря открытию устьиц на свету к хлоропластам диффундирует С02, необходимый для фотосинтеза. Механизм фотоактивных движений устьиц не является вполне ясным. Свет оказывает косвенное влияние через изменение концентрации С02 в замыкающих клетках устьиц. Если концентрация С02 в межклетниках падает ниже определенной величины (эта величина зависит от вида растений), устьица открываются. При повышении концентрации С02 устьица закрываются. В замыкающих клетках устьиц всегда имеются хлоропласты и происходит фотосинтез. На свету С02 ассимилируется в процессе фотосинтеза, содержание ее падает. Согласно гипотезе канадского физиолога У. Скарса, С02 оказывает влияние на степень открытости устьиц через изменение рН в замыкающих клетках. Уменьшение содержания С02 приводит к повышению значения рН (сдвигу в щелочную сторону). Напротив, темнота вызывает повышение содержания С02 (вследствие того, что С02 выделяется при дыхании и не используется в процессе фотосинтеза) и снижение значения рН (сдвиг в кислую сторону). Изменение значения рН приводит к изменению активности ферментных систем. В частности, смещение значения рН в щелочную сторону увеличивает активность ферментов, участвующих в распаде крахмала, тогда как сдвиг в кислую сторону повышает активность ферментов, участвующих в синтезе крахмала. Распад крахмала на сахара вызывает увеличение концентрации растворенных веществ, в связи с этим осмотический потенциал и, как следствие, водный потенциал становятся более отрицательными. В замыкающие клетки начинает интенсивно поступать вода из окружающих паренхимных клеток. Устьица открываются. Противоположные изменения происходят, когда процессы сдвигаются в сторону синтеза крахмала. Однако это не единственное объяснение. Показано, что замыкающие клетки устьиц содержат значительно больше калия на свету по сравнению с темнотой. Установлено, что количество калия в замыкающих клетках при открытии устьиц повышается в 4—20 раз при одновременном уменьшении этого показателя в сопутствующих клетках. Происходит как бы перераспределение калия. При открытии устьиц возникает значительный градиент мембранного потенциала между замыкающими и сопутствующими клетками (И.И. Гунар, Л.А. Паничкин). Добавление АТФ к эпидермису, плавающему на растворе КСI, увеличивает скорость открытия устьиц на свету. Показано также возрастание содержания АТФ в замыкающих клетках устьиц в процессе их открывания (С.А. Кубичик). Можно полагать, что АТФ, образованная в процессе фотосинтетического фосфорилирования в замыкающих клетках, используется для усиления поступления калия. Это связано с деятельностью Н+-АТФазы. Активизация Н+-насоса способствует выходу Н+ из замыкающих клеток. Это приводит к транспорту по электрическому градиенту К+ в цитоплазму, а затем в вакуоль. Усиленное поступление К+, в свою очередь, способствует транспорту Сl- по электрохимическому градиенту. Осмотическая концентрация возрастает. В других случаях поступление К+ уравновешивается не Сl-, а солями яблочной кислоты (манатами), которые образуются в клетке в ответ на снижение значения рН в результате выхода Н+. Накопление осмотически активных веществ в вакуоли (К+,Сl-, малаты) снижает осмотический, а затем и водный потенциал замыкающих клеток устьиц.

Вода поступает в вакуоль, и устьица открываются. В темноте К+ транспортируется из замыкающих в окружающие клетки и устьяца закрываются. Указанные процессы представленны в виде схем:

Движения устьиц регулируются гормонами растений (фитогормонами). Открывание устьиц предупреждается, а  закрывание стимулируется фитогормоном — абсцизовой кислотой (АБК). Интересно в связи с этим, что АБК тормозит синтез ферментов, участвующих в распаде крахмала. Имеются данные, что под влиянием абсцизовой кислоты содержание АТФ падает. Вместе с тем АБК уменьшает поступление К+, возможно, за счет уменьшения выхода ионов Н+ (торможение Н+-помпы). Обсуждается роль других фитогормонов — цитокининов в регуляции открывания устьиц путем усиления транспорта К+ в замыкающие клетки устьиц и активизации Н+-АТ Фазы. Движение устьичных клеток оказалось зависимым от температуры. При исследовании ряда растений показано, что при температуре ниже 0°С устьица не открываются. Повышение температуры выше 30°С вызывает закрытие устьиц. Возможно, это связано с повышением концентрации С02 в результате увеличения интенсивности дыхания. Вместе с тем имеются наблюдения, что у разных сортов пшеницы реакция устьиц на повышенную температуру различна. Длительное воздействие высокой температуры повреждает устьица, в некоторых случаях настолько сильно, что они теряют способность открываться и закрываться. Наблюдения за степенью открытости устьиц имеют большое значение в физиологической и агрономической практике. Они помогают установить необходимость снабжения растения водой. Закрытие устьиц говорит уже о неблагоприятных сдвигах в водном обмене и, как следствие, о затруднениях в питании растений углекислым газом.

3.Заслуги А.П.Баха  и В.И. Палладина в изучении химизма дыхания

С химической точки зрения дыхание — это медленное окисление. При окислительно-восстановительных  реакциях происходит перенос водорода или электрона от донора ДН2 (который  окисляется) к акцептору А (который восстанавливается): ДН2 +А ->Д + АН2. Для того чтобы судить о направлении движения электронов между какими-либо двумя веществами, вводится понятие стандартного восстановительного потенциала (Е0) — это мера электронного давления. За нуль потенциала условно принят восстановительный потенциал реакции Н2 —> 2Н+ + 2е. Чем более отрицательна величина восстановительного потенциала, тем больше способность данного вещества отдавать электроны (окисляться) или служить восстановителем. Наоборот, чем положительнее величина восстановительного потенциала данного вещества, тем больше его способность воспринимать электроны (восстанавливаться или служить окислителем). Восстановительный потенциал кислорода равен +0,81В. В создании современных представлений о биологическом окислении большое значение имели работы двух крупнейших русских ученых — В.И. Палладина (1859-1922) и А.Н. Баха (1857-1946). Работы А.Н. Баха были посвящены возможности активации кислорода воздуха. Молекулярный кислород — достаточно инертное соединение. Бах выдвинул предположение, что имеются ферменты — оксигеназы, активирующие кислород. Он считал, что процесс активации состоит в том, что происходит образование пероксидных соединений. В.И. Палладии впервые стал рассматривать дыхание как ряд ферментативных реакций. Основное значение в процессе окисления он придавал процессу отня­тия водорода от субстрата при участии воды. Содержание своей теории В.И. Палладии выразил в виде следующих уравнений:

С6Н1206 + 6Н20 + 12R -> 6С02 + 12RH2 + 6O2 -> 12R + 12Н20 С6Н1206 + 602 - 4 6С02 + 6Н20

Символом R В.И. Палладии обозначал  дыхательный пигмент, способный  к обратимым окислительно-восстановительным  превращениям. Из приведенной схемы  вытекают следующие важные положения:

1. Непременным участником  дыхания является вода.

2. Вода наряду с окисляемым  субстратом выполняет роль донора водорода.

3. В процессе дыхания  участвуют специфические активаторы  водорода, отнимающие водород от  субстрата.

4. Первые этапы дыхания  являются анаэробными и не  требуют присутствия молекулярного  кислорода.

5. Молекулярный кислород  используется на заключительном  этапе дыхания для регенерации  акцепторов водорода с образованием  воды.

Все указанные положения  легли, как мы увидим, в основу современных  представлений о процессе дыхания, согласно которым дыхание происходит в две фазы — анаэробную и аэробную, и молекулярный кислород используется на регенерацию ферментов за счет Н+ воды и субстрата. В процессе дыхания  активируется как водород субстрата, так и кислород воздуха.

4 Дыхание анаэробное. Промежуточные и конечные продукты анаэробного дыхания

Аэробное дыхание –  это окислительный процесс, в  ходе которого расходуется кислород. При дыхании субстрат без остатка  расщепляется до бедных энергией неорганических веществ с высоким выходом  энергии. Важнейшими субстратами для  дыхания служат углеводы. Кроме того, при дыхании могут расходоваться  жиры и белки.

Аэробное дыхание включает два основных этапа:

- бескислородный, в процессе, которого происходит постепенное расщепление субстрата с высвобождением атомов водорода и связыванием с коферментами (переносчиками типа НАД и ФАД);

- кислородный, в ходе которого происходит дальнейшее отщепление атомов водорода от производных дыхательного субстрата и постепенное окисление атомов водорода в результате переноса их электронов на кислород.

На первом этапе вначале  высокомолекулярные органические вещества (полисахариды, липиды, белки, нуклеиновые  кислоты и др.) под действием  ферментов расщепляются на более  простые соединения (глюкозу, высшие карбоновые кислоты, глицерол, аминокислоты, нуклеотиды и т.п.) Этот процесс происходит в цитоплазме клеток и сопровождается выделением небольшого количества энергии, которая рассеивается в виде тепла. Далее происходит ферментативное расщепление простых органических соединений.

Примером такого процесса является гликолиз – многоступенчатое бескислородное расщепление глюкозы. В реакциях гликолиза шестиуглеродная молекула глюкозы (С) расщепляется на две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты (С). При этом образуется две молекулы АТФ, и выделяются атомы водорода. Последние присоединяются к переносчику НАД (никотинамидадениндинклеотид), который переходит в свою восстановительную форму НАД ∙ Н + Н. НАД кофермент, близкий по своей структуре к НАДФ. Оба они представляют собой производные никотиновой кислоты – одного из витаминов группы В. Молекулы обоих коферментов электроположительны (у них отсутствует один электрон) и могут играть роль переносчика как электронов, так и атомов водорода. Когда акцептируется пара атомов водорода, один из атомов диссоциирует на протон и электрон: