- •6.Предмет и задачи физиологии растений. Фитофизиология как научная основа земледелия и биотехнологии.
- •2.Пассивное и активное поступление веществ в клетку. Теории. Роль переносчиков, роль мембранного потенциала.
- •6. Роль воды в жизни растений. Водообмен и его составляющие.
- •7. Поступление воды в клетку. Набухание как первичный процесс поступления воды в прорастающее семя. Осмотические явления в клетке. Взаимоотношения осмотического давления клетки и почвенного раствора.
- •11. Единицы измерения транспирации. Кутикулярная транспирация. Регуляция транспирации.
- •15. Критический период к засухе. Повышение засухоустойчивости растений. Диагностика полива по физиологическим признакам.
- •16. Жароустойчивость, механизмы адаптации к перегреву, определение жароустойчивости растений.
- •17. Корневой анаэробиоз. Причины нарушения метаболизма растений при переувлажнении или затоплении почвы. Повышение влагоустойчивости растений. Назвать растения контрастные по влагоустойчивости.
- •18. Физиологические функции корней. Корневая система как орган поглощения и синтеза веществ. Воздействие корней на почву. Усвоение труднодоступных соединений почвы.
- •19. История развития учения о минеральном питании растений. Минеральные удобрения и урожай. Применение удобрений в России и Западной Европе (в сравнительном плане).
- •20. Деление элементов питания на макро и микроэлементы. Биологическая и хозяйственная значимость элементов питания. Основные ионы, которые поглощают растения. Синергизм и антагонизм ионов.
- •21. Азотное питание растений. Источники азота для растений. Особенности нитратного и аммонийного (аммиачного) питания растений. Превращение нитратов в растениях.
- •22. Включение аммиака в метаболизм растений. Синтез первичных аминокислот (прямое аминирование и переаминирование). Незаменимые аминокислоты.
- •23. Синтез амидов и их роль в жизни растений. Первичный и вторичный синтез белка (по д.Ы. Прянишникову).
- •24. Основные формы азотных удобрений (действующее вещество, физиологическая кислотность или щелочность, особенности применения). Коэффициент усвоения. Рациональное применение.
- •25. Круговорот азота в природе и земледелии. Управление этими процессами (рН, температура, аэрация, ингибиторы нитрификации).
- •26. Физиологическая роль фосфора. Фосфорные удобрения. Коэффициент усвоения. Рациональное применение.
- •27. Физиологическая роль калия. Калийные удобрения. Коэффициент усвоения. Рациональное применение.
- •28. Сера, магний, кальций. Физиологическая роль. Способность к реутилизации. Обеспечение растений этими элементами питания.
- •29. Микроэлементы и их физиологическое значение в жизни растений.
- •30. Внешние (морфологические) признаки минеральных голоданий растений. Их устранение. Действие избытка азота на урожай и его качество.
- •31. Накопление нитратов в растениях. Пдк нитратов для некоторых растительных продуктов (картофель, капуста, томаты, листовые овощи и др.). Снижение накопления нитратов в растениях и продукции.
- •32. Физиологические основы применения удобрений. Способы подкормки.
- •33. Микроорганизмы и растения. Ризосферные и филлосферные микроорганизмы. Взаимоотношения. Роль микроорганизмов в минеральном питании растений.
- •35. Биологический азота в земледелии. Общие представления о биологической азотфиксации. Роль нитрогеназы и легоглобина. Масштабы азотфиксации. Симбиотические азотфиксаторы.
- •35. Ассоциативные и свободноживущие азотфиксаторы. Бактериальные препараты. Эффективность применения. Механизм действия диазотрофов.
- •36. История развития учения о фотосинтезе.
- •37. Пигменты растений, строение и функции. Спектры поглощения.
- •1. Хлорофиллы
- •2. Каротиноиды
- •3. Фикобилины
- •37. Хлорофилл, его строение, расположение в мембранах, свойства, спектры поглощения.
- •39. Световая фаза фотосинтеза. Циклическое и нециклическое фосфорилирования. Конечные продукты световой фазы.
- •1. Поглощение света и возбуждение хлорофилла
- •2. Нециклический и циклический транспорт электронов
- •40. Доказательства природы выделяющегося кислорода. Роль фоторазложения воды.
- •41. Темновые реакции фотосинтеза (биохимический этап). Использование атф и надфн в темповых реакциях.
- •42. Химизм фотосинтеза с-4 растений. Отличия фотосинтеза и биологии от с-3 растений.
- •43. Фотосинтез и биологически особенности суккулентов (сам – растений).
- •44. Зависимость фотосинтеза от внешних факторов.
- •45. Пигменты водорослей. Особенности окраски и использование лучей в зависимости от глубины обитания водорослей. Теория хроматической адаптации.
- •46. Сравнение фотосинтеза и хемосинтеза. Превращение энергии в этих процессах. Значение а природе и земледелии.
- •47. Космическая роль зеленых растений. Потенциальная продуктивность растений. Кпд фотосинтеза различных растений.
- •48. Фотосинтез и урожай. Теория фотосинтетической продуктивности.
- •49. Особенности фотосинтетического и окислительного фосфорилирования. Превращение энергии в процессах фотосинтеза и дыхания.
- •50. Роль дыхания в обмене веществ. Взаимосвязь процессов фотосинтеза и дыхания.
- •5 1. Гликолиз. Химизм, значение, выход энергии атф.
- •52. Цикл Кребса, химизм, значение, выход энергии атф.
- •53. Дыхание – центральное звено обмена веществ и энергии. Использование продуктов дыхания в синтетических процессах.
- •54. Зависимость дыхания от внешних факторов. Регуляция дыхания растений.
- •57. Фитогормоны (5 классов) и их роль в жизни растений (общий обзор).
- •58. Гормоны – стимуляторы роста и развития.
- •59. Гормоны – ингибиторы роста и развития.
- •60. Синтетические аналоги гормонов и их использование в земледелии и биотехнологиях.
- •61. Регуляция роста растений с использованием фиторегуляторов. Борьба с полеганием растений.
- •62. Рост растений. Фазы роста. Большая кривая роста.
- •63. Рост растений как интегральный показатель обмена веществ. Зависимость роста от внешних факторов.
- •64. Развитие растений. Гормональная теория цветения растений. Регуляция цветения растений.
- •65. Фазы, стадии и этапы органогенеза растений. Значение для практики. Управление развитием растений.
- •66. Движение растений (тропизмы и настии). Значение в жизни растений.
- •67. Периодические явления в жизни растений. Покой. Этапы покоя. Выведения из состояния покоя.
- •68. Морозоустойчивость растений. Природа морозоустойчивости, повреждения заморозками. Зимостойкость. Повышение устойчивости к низким температурам.
- •69. Физиология растений и охрана окружающей среды.
- •70. Физиология растений в городе и промышленных центрах. Повышение устойчивости растений к загрязнениям окружающей среды (кислотным осадкам, тяжелым металлам, запылению и задымлению).
11. Единицы измерения транспирации. Кутикулярная транспирация. Регуляция транспирации.
Транспирация – это испарение воды растением. Транспирация спасает растение от перегрева. Температура сильно транспирирующего листа может примерно на 7 Со быть ниже температуры нетранспирирующего завядшего листа. Кроме того, транспирация участвует в создании непрерывного тока воды с растворенными минеральными и органическими соединениями из корневой системы к надземным органам растения.
Транспирацию обычно выражают в следующих единицах. Интенсивность транспирации – это количество воды, испаряемой растением в г за единицу времени в часах единицей поверхности в дм2. Эта величина колеблется от 0,15 до 1,5. Транспирационный коэффициент – это количество воды в г, испаряемой растением при накоплении им 1 г сухого вещества. Продуктивность транспирации – это величина, обратная транспирационному коэффициенту и равна количеству сухого вещества в г, накопленного растением за период, когда оно испаряет 1 кг воды. Относительная транспирация – это отношение воды, испаряемой листом, к воде, испаряемой со свободной водной поверхности той же площади за один и тот же период времени. Экономность транспирации – это количество испаряемой воды в мг на 1 кг воды, содержащейся в растении.
Кутикулярная транспирация. Снаружи листья имеют однослойный эпидермис, внешние стенки клеток которого покрыты кутикулой и воском, образующие эффективный барьер на пути движения воды. На поверхности листьев часто развиты волоски, которые также влияют на водный режим листа, так как снижают скорость движения воздуха над его поверхностью и рассеивают свет и тем самым уменьшают потери воды за счет транспирации. Интенсивность кутикулярной транспирации варьирует у разных видов растений. У молодых листьев с тонкой кутикулой она может составлять около половины всей транспирации. У зрелых листьев с более мощной кутикулой кутикулярная транспирация равна 1/10 общей транспирации. В стареющих листьях из-за повреждения кутикулы она может возрастать. Таким образом, кутикулярная транспирация регулируется главным образом толщиной и целостностью кутикулы и других защитных покровных слоев на поверхности листьев.
Периодичность суточного хода транспирации наблюдается у многих растений, но у разных видов растений устьица функционируют неодинаково. У деревьев, теневыносливых растений, многих злаков и других гидростабильных видов с совершенной регуляцией устьичной транспирации испарение воды начинается на рассвете, достигает максимума в утренние часы. В полдень транспирация снижается и вновь увеличивается в предвечерние часы при снижении температуры воздуха. Такой ход транспирации приводит к незначительным суточным изменениям осмотического давления и содержания воды в листьях. У видов растений, способных переносить резкие изменения содержания воды в клетках в течение дня, то есть у гидролабильных видов, наблюдается одновершинный суточный ход транспирации с максимумом в полуденные часы. В обоих случаях ночью транспирация минимальна или полностью прекращается.
12. Гомеостатическая вода. Деление растений на группы в зависимости от способности переносить обезвоживание и требовательности к воде. Приспособления растений засушливых мест обитания (ксерофитов) к перенесению дефицита влаги в почве.
Внутреннюю среду определяет гомеостатическая вода, входящая в состав растений в определенном количестве. При падении этого количества растение прекращает свое существование. Эти выводы принадлежат П. А. Геккелю и Н. А. Шаламовой. Для растений различных мест обитания количество гомеостатической воды разное (Кушниренко, Печерская, 1991). В растительном организме содержится достаточно большое количество воды, которое колеблется у разных растений и даже у отдельных органов одного растения. Так, в листьях салата содержится 95 % воды, кукурузы – 77 %, яблони – 60 %, в клубнях картофеля – 74-80 %, в зерновке злаков – 12-14 % (Якушкина, 1983).
Растения, обитающие в воде – гидратофиты или гидрофиты, погружены в воду полностью или частично. Они регулируют постоянство состава внутренней среды с помощью механизмов защиты от избыточного поступления воды. У монадных форм зеленых водорослей, заселяющих, в основном, пресные воды, клеточные стенки замкнуты не полностью из-за наличия выростов цитоплазмы – жгутиков, с помощью которых они передвигаются. У всех монадных форм имеются пульсирующие вакуоли, посредством которых из клеток удаляются избыток воды и отходы жизнедеятельности. У гидрофитов с замкнутой клеточной стенкой ее противодавления достаточно для предотвращения поступления излишков воды в клетку. Первичными гидрофитами являются водоросли. Водные цветковые растения – это вторичные гидрофиты, происходящие от наземных форм.
По способности приспосабливать водный обмен к колебаниям водоснабжения различают две группы наземных растений: пойкилогидрические и гомойгидрические.
Пойкилогидрические организмы (бактерии, синезеленые водоросли, низшие зеленые водоросли, грибы, лишайники и другие) приспособились переносить значительный недостаток воды без потери жизнеспособности. При этом у них снижается интенсивность обмена веществ, клетки равномерно сжимаются. Протопласт их клеток при сильном обезвоживании переходит в состояние геля. Увеличение количества воды в среде приводит к возобновлению активного метаболизма в клетках. По характеру изменения таких показателей водного режима, как интенсивность транспирации, осмотическое давление, содержание воды в течение суток они относятся к гидролабильным растениям, так как у них значительно изменяются содержание воды и испарение.
Гомойгидрические растения (наземные папоротникообразные, голосеменные, цветковые) составляют большинство обитателей суши. Они обладают механизмами регуляции устьичной транспирации, а также корневой системой, обеспечивающей доставку воды. Поэтому даже при значительных изменениях влажности среды у этих растений не наблюдается резких колебаний содержания воды в клетках, в которых, как правило, развита вакуолярная система. Их клетки не способны к обратимому высыханию. У этих растений гидростабильный тип водного режима. Стабилизации водного режима у многих видов растений способствуют запасы воды в корнях, стеблях и запасающих органах. Гомойгидрические растения делятся на три экологические группы:
1. Гигрофиты (тонколистные папоротники, некоторые фиалки и другие), произрастающие в условиях повышенной влажности и недостаточной освещенности. Теневыносливые гигрофиты, с почти всегда открытыми устьицами, имеют гидатоды, через которые выделяют избыток воды в капельножидком состоянии. Гигрофиты плохо переносят почвенную и воздушную засуху.
2. Мезофиты (лиственные деревья, лесные и луговые травы, большинство культурных растений) обитают в среде со средним уровнем обеспеченности водой и не имеют ясно выраженных приспособлений к избытку или недостатку воды.
3. Ксерофиты живут в местах с жарким и сухим климатом и приспособлены к перенесению атмосферной и почвенной засухи. Ксерофиты делят на следующие группы:
1. Растения, избегающие засухи (эфемеры). Эти растения обладают коротким вегетационным периодом, приурочивая весь жизненный цикл к периоду дождей и засуху переносят в форме семян.
2. Растения, запасающие влагу (ложные ксерофиты). К этой группе растений относятся суккуленты (кактусы и растения семейства толстянковых). Эти растения живут в районах, где засушливые периоды сменяются периодами дождей. Они имеют толстые и мясистые стебли. Листья часто редуцированы, вся поверхность растений покрыта толстым слоем кутикулы, что существенно снижает их транспирацию. Суккуленты обладают неглубокой, но широко распространяющейся корневой системой. Клетки корня характеризуются сравнительно низкой концентрацией клеточного сока. Вода, запасаемая в мясистых органах, тратится очень медленно.
Суккуленты обладают своеобразным обменом веществ. У них днем устьица закрыты, а ночью они открываются, что обеспечивает снижение расходования воды в процессе транспирации. Углекислый газ поступает через устьица ночью и усваивается с образованием органических кислот. В дневные часы углекислый газ вновь освобождается и используется в процессе фотосинтеза. Поэтому эти растения фотосинтезируют при закрытых днем устьицах. Растения этой группы не устойчивы к длительному водному стрессу.
3. Гемиксерофиты или полуксерофиты – это растения, у которых сильно развиты приспособления к добыче воды. У них глубоко идущая, сильно разветвленная корневая система. Клетки корня обладают высокой концентрацией клеточного сока и очень отрицательным водным потенциалом. Растения этой группы обладают хорошо развитой проводящей системой. Листья у них тонкие, с очень густой сетью жилок, что сокращает путь передвижения воды к клеткам листа. Даже в очень жаркие дни они держат устьица открытыми. Благодаря высокой интенсивности транспирации температура листьев значительно понижается, что позволяет осуществлять фотосинтез при высокой температуре воздуха. Листья некоторых растений покрыты волосками, которые создают экран, дополнительно защищающий листья от перегрева.
4. Эуксерофиты или настоящие ксерофиты – это растения, обладающие способностью резко сокращать транспирацию в условиях недостатка воды. Они имеют приспособления к сокращению потерь воды: подземные органы, а иногда и стебли покрыты толстым слоем пробки, листья покрыты толстым слоем кутикулы, многие имеют волоски, устьица расположены в углублениях, устьичные щели закупорены восковыми и смолистыми пробочками, листья свернуты в трубочку, где создается свой микроклимат и уменьшается контакт устьичных щелей с атмосферой. Для растений этой группы характерна способность переносить обезвоживание и состояние длительного завядания. Особенно хорошо переносят потерю воды растения с жесткими листьями – склерофиты, которые и в состоянии тургора имеют сравнительно мало воды. Эти растения характеризуются большим развитием механических тканей.
13. Ксероморфизм растений. Закон (правило) В.Р. Заленского. Возникновение ксероморфизма в зависимости от других (кроме водообеспеченности) внешних факторов.
Растения-мезофиты также могут приспосабливаться к засухе. Изучение приспособлений листьев к затрудненным условиям водоснабжения (В. Р. Заленский, 1904) показало, что анатомическая структура листьев различных ярусов на одном и том же растении зависит от уровня водоснабжения, освещенности и т. д. Чем выше по стеблю расположен лист, тем мельче его клетки, больше устьиц на единицу поверхности, а размер их меньше, гуще сеть проводящих пучков, сильнее развита па-лисадная паренхима и т. д. Такого рода закономерности изменений листового аппарата получили название, закона Заленского. Было выяснено, что более высоко расположенные листья часто попадают в условия худшего водоснабжения (особенно у высоких растений), но обладают более интенсивной транспирацией. Устьица у листьев верхних ярусов даже при водном дефиците дольше остаются открытыми. Это, с одной стороны, поддерживает процесс фотосинтеза, а с другой — способствует увеличению концентрации клеточного сока, что позволяет им оттягивать воду от ниже расположенных листьев. Поскольку сходные особенности строения свойственны ряду ксерофитов, такая структура листьев получила название ксероморфной. Следовательно, возникновение ксероморфной структуры листьев — одно из анатомических приспособлений к недостатку воды, так же как заглубление устьиц в ткани листа, опушенность, толстая кутикула, редукция листьев и др.
Ксероморфизм (от греч. Xērós — сухой и morphē — образ, форма, вид), морфолого-анатомические особенности, присущие растениям ксерофитам — обитателям засушливых мест: уменьшение листовой поверхности, мелкоклетность, большое число мелких устьиц, густая сеть жилок, наличие на листьях волосков, воскового налёта, погруженных устьиц. Часто Ксероморфизм связан с утерей листьев и заменой их фотосинтезирующими стеблями — кладодиями или колючками (например, у кактуса). Все эти приспособления снижают интенсивность транспирации (особенно кутикулярной) и способствуют защите растений от обезвоживания. Степень Ксероморфизм может сильно варьировать у одного и того же растения в зависимости от окружающих условий. Наиболее ярко Ксероморфизм выражен у растений открытых солнечных местообитаний. Листья верхних ярусов у подсолнечника и др. растений отличаются большей степенью Ксероморфизм, в них интенсивнее, чем в листьях, расположенных ниже, протекают обмен веществ и транспирация. Ксероморфизм, в частности мелкоклетность, способствует перенесению растениями обезвоживания и особенно характерен для растений, прошедших предпосевное закаливание к засухе, хотя площадь листа у них обычно больше. Ксероморфизм возникает также при недостатке азотного питания, что, однако, не связано с повышением засухоустойчивости растений.
14. Засуха и ее влияние на физиологические процессы растений.
Засуха, длительный и значительный недостаток осадков, чаще при повышенной температуре и пониженной влажности воздуха, в результате которого иссякают запасы влаги в почве, что ведёт к снижению или гибели урожая. Действие засухи в первую очередь приводит к уменьшению в клетках свободной воды, что влияет на гидратные оболочки белков и функционирование ферментов. При длительном завядании активируются гидролитические процессы, что ведет к увеличению содержания в клетках низкомолекулярных белков и углеводов. Под влиянием засухи в листьях снижается количество РНК вследствие уменьшения ее синтеза и активации рибонуклеаз. В цитоплазме наблюдается распад полисом. Изменения, касающиеся ДНК, происходят лишь при длительной засухе. Из-за уменьшения свободной воды возрастает концентрация вакуолярного сока. При обезвоживании у растений, не приспособленных к засухе, значительно усиливается интенсивность дыхания, а затем снижается. У засухоустойчивых растений в этих условиях существенных изменений дыхания не наблюдается.
В условиях водного дефицита быстро тормозятся клеточное деление и растяжение, что приводит к образованию мелких клеток и замедлению роста растений. Скорость роста корней в начале засухи увеличивается и снижается лишь при длительном недостатке воды в почве. При засухе в корнях ускоряется дифференцировка клеток и происходит опробковение и суберинизация экзодермы.
Во время засухи наряду с обезвоживанием происходит перегрев растений. Высокая температура увеличивает концентрацию клеточного сока и проницаемость клеточных мембран. В результате выхода веществ, растворенных в клеточном соке, постепенно снижается осмотическое давление. Однако при температуре выше 35оС осмотическое давление повышается из-за усиления гидролиза крахмала и белков, что приводит к увеличению содержания моносахаров, аминокислот и аммиака. Аммиак токсичен для клеток неустойчивых к перегреву растений. У жаростойких растений наблюдается рост содержания органических кислот, связывающих избыточный аммиак. При действии высоких температур в клетках растений индуцируется синтез стрессовых белков теплового шока. В ядре эти белки образуют гранулы, связывая ДНК и блокируя экспрессию генов. После прекращения стресса гранулы распадаются и экспрессия генов восстанавливается. Один из белков теплового шока стабилизирует плазмалемму.
Засухоустойчивость сельскохозяйственных растений повышается в результате предпосевного закаливания семян, которые перед посевом после однократного намачивания вновь высушиваются.