рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

И основные направления исследований

И основные направления исследований - Лекция, раздел Биология, Лекции по физиологии растений В Биосфере Главенствующее Положение Занимает Растительный Мир—Основа Жизни На...

В биосфере главенствующее положение занимает растительный мир—основа жизни на нашей планете. Растение обладает уникальным свойством—способностью накапливать энергии» света в органических веществах в процессе фотосинтеза. Природа в течение многовековой эволюции создала на Земле отрегулированный круговорот веществ и энергии, в котором ведущая роль принадлежит лучистой энергии и зеленым растениям.

Растительные организмы, как и другие живые системы, подчиняются физико-химическим законам превращения веществ и энергии, а особенности их жизни заключаются в специфике строения и способах взаимодействия со средой.

Изучением процессов жизнедеятельности и функций растительного организма занимается наука физиология растений (от греч. physis—природа и logos—понятие, учение).

Исследования проводятся в очень широком диапазоне начиная от молекулярно-биологического, биохимического и клеточного уровней и кончая такими высокоинтегрированными системами, как целое растение и даже растительное сообщество — агрофитоценоз.

Физиология растений достигла за последние время значительных успехов в выяснении внутренней организации физиологических явлений и процессов и их значения в жизни клетки и целого растения Это очень важно для разработки и создания интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, оптимизации условий питания и роста растений, разработки биотехнологий, применения химических синтетических аналогов физиологически активных веществ, что будет способствовать повышению продуктивности растений и их устойчивости к неблагоприятным факторам среды.

Представляет большой научный интерес и является важной практической задачей выявление и реализация максимальной потенциальной продуктивности сельскохозяйственных культур, а также получение высококачественной продукции. В связи с этим необходимо знать физиолого-биохимические основы жизни растений, реакции растительного организма на внешние условия. Особенно большое значение имеют слагаемые продукционного процесса, фотосинтез, критические периоды онтогенеза, адаптационные особенности и защитно-приспособительные реакции растительного организма — общие (неспецифические) и специфические, процессы обмена веществ и энергии, физиология опыления и оплодотворения растений.

Возрастающее значение приобретает физиология растений в селекции. Установление и познание физиолого-генетических связей в живой растительной клетке позволят в большей мере выявлять и наследственно закреплять количественные и качественные признаки растения, а также управлять формированием урожайности путем направленного распределения ассимилятов.

Приоритетным направлением в теории и практике физиологии растений становится познание механизмов саморегулирования и самонастраивания жизненных процессов целого растения и создание на этой основе кибернетических методов регулирования (управления) процессами обмена веществ, энергии и формированием продуктивности растительных организмов и агрофитоценозов — посевов, адаптивных систем в различных почвенно-климатических условиях.

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.

Все функции зеленого автотрофного растения — питание, дыхание, рост, развитие, размножение, а также безграничное разнообразие различных жизненных явлений — можно свеет» к процессам превращения веществ и энергии, изменения и развития форм растительных организмов. Функции каждого органа растения непосредственно влияют на деятельность растения в целом, зависят от других органов и взаимосвязаны. Создание и накопление растением органических веществ — результат взаимосвязанных физиологических процессов, интенсивность которых определяется особенностями самого растения и условиями, в которых оно выращивается.

Величайшее достижение биологии XX столетия — открытие материальных носителей жизненных функций — нуклеотидов, в частности ДНК. Это ставит новые проблемы, связанные с возможностью влиять на растительный организм.

Успехи химии, физики и математики в значительной мере влияют на дальнейшее развитие физиологии растений. Прочный контакт с биохимией, биофизикой способствует совершенствованию ее методов исследования, благодаря чему физиология растений становится более точной наукой.

Бурное развитие биохимии, задачей которой является изучение химических превращений, происходящих в процессе жизнедеятельности организмов, способствует изучению обмена веществ и энергии автотрофного зеленого растения на субклеточном и молекулярном уровнях. Определенное влияние на развитие физиологии растений оказывает кибернетика, которая изучает процессы управления в различных системах (технике, экономике и живой природе).

В современной физиологии растений различают шесть принципиально важных направлений.

Биохимическое направление рассматривает функциональное значение разнообразных органических веществ, образующихся в растениях в процессе фотосинтеза, дыхания, выявляет закономерности минерального (почвенного) питания растений, исследует пути биосинтеза органических соединений из простейших минеральных веществ (углекислый газ, вода, аммиак, нитраты, серная и фосфорная кислоты, магний, кальций, калий, микроэлементы), раскрывает роль минеральных веществ как регуляторов состояния коллоидов и катализаторов и как центров электрических явлений в клетке, участие их в синтезе органических соединений.

Биофизическое направление изучает вопросы энергетики клетки, электрофизиологии растения, физико-химические закономерности водного режима, корневого питания, роста, раздражения, фотосинтеза и дыхания растений.

Онтогенетическое направление исследует возрастные закономерности развития растений, которые зависят от внутренних биохимических и биофизических процессов, морфогенез и возможные пути управления развитием растений (фотопериодизм, светокультура, закаливание растений и др.).

Эволюционное, или сравнительное, направление вскрывает особенности филогенеза вида, особей, индивидуального развития растений при определенных внешних условиях, изучает онтогенез как функцию генотипа, которая сложилась в филогенезе, в процессе возрастных изменении растений и зависит от наследственной конституции и внешних условий.

Экологическое направление исследует зависимость внутренних процессов растительного организма от внешней среды. Задача этого направления — разработать эффективные приемы воздействия на растения с целью применения в сельскохозяйственном производстве (внесение удобрений, сбалансированных по соотношению питательных веществ, создание наилучшего светового и оптимального водного режимов рациональным размещением растений на площади, увеличение содержания белков, сахара в продуктах, повышение устойчивости растений к неблагоприятным внешним условиям).

Синтетическое, или кибернетическое, направление изучает общие закономерности роста растений, энергетики и кинетики взаимосвязанных процессов: фотосинтеза, дыхания, питания и органообразования. Процессы жизнедеятельности можно понять, лишь принимая во внимание целостность всего организма.

Растение, как и животное, — это чрезвычайно сложная, целостная, саморегулирующаяся кибернетическая система. Кибернетика исследует конкретные биофизические и биохимические приспособительные процессы и реакции организма и разрабатывает способы регуляции и управления процессами в биологических системах. Экологическое и кибернетическое направления обусловливают связь между глубоким проникновением в сущность физиологических процессов, происходящих в растительных организмах, и практикой земледелия. Только такая связь с производством обеспечивает повышение эффективности науки.

 

Методы физиологии растений

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

Для изучения физико-химической сущности 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. С помощью этих методов физиологи исследуют растения на молекулярном, субклеточном, клеточном и организменном (интактное растение) уровнях.

В биологических исследованиях широко применяют электронные микроскопы просвечивающего типа с разрешающей способностью 0,15—0,5 нм.

Исследование ультраструктуры органоидов растительной клетки (хлоропластов, митохондрии, 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, 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.

Для исследования в растениях процессов фотосинтеза, корневого питания, водного режима, синтеза органических веществ, обмена веществ и т. д. широко применяют радиоактивные и стабильные изотопы. Для этого используют метод меченых атомов: в растение через листья или корни вводят вещества, содержащие изотопы элементов, а потом определяют наличие их в тканях органов растений или в отдельных веществах, выделенных из растений.

 

Задачи физиологии растений

Перед учеными-физиологами стоят многообразные задачи: изучение обмена веществ и энергии в растительном организме, фотосинтеза, хемосинтеза, биологической фиксации азота из атмосферы и корневого питания растении, разработка методов повышения использования растениями солнечной энергии и питательных веществ почвы, обогащения почвы азотом, создание новых, более эффективных форм удобрений и разработка методов их применения, исследование действия биологически активных веществ, разработка методов более продуктивного расходования воды растением.

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 значительною повышения продуктивности сельскохозяйственных растений.

Для физиологии растений как теоретической основы научного земледелия наиболее актуальны следующие задачи:

разработка биохимической теории корневого питания растений в целях более эффективного использования минеральных удобрений и повышения продуктивности растений;

выяснение механизма фотосинтеза, т. е. путей устойчивой фиксации энергии, и разработка методов повышения использования растениями солнечной энергии;

раскрытие механизма биологической фиксации азота атмосферы и использования его высшими растениями;

разработка приемов более продуктивного использования воды растением;

изучение молекулярно-биологических основ развития растительных организмов в целях управления этими процессами;

исследование систем регуляции и регуляторных функций растений, которые связаны со свойством различных структур, и получение информации о связях физиологических функций растения с условиями внешней среды, необходимой для разработки агрономической кибернетики;

изучение процессов и механизмов распределения ассимилятов в онтогенезе растений в целях направленного формирования урожаев;

развитие научных основ получения физиологически активных веществ и применения их в растениеводстве;

познание процессов саморегулирования физиологических функций и самонастраивания целого растительного организма.

 

Краткая история физиологии растений

Физиология растений как самостоятельная наука возникла на рубеже XVIII и XIX столетий. Она имеет долгую историю, богатую открытиями и событиями. Если возникновение физиологии растений как науки о жизненных процессах растений отнести ко времени открытия Дж. Пристли фотосинтеза в 1771 г., ее возраст превышает 200 лет. Формальной датой зарождения физиологии растений считают 1800 г., когда был издан пятитомный труд швейцарского ботаника Ж. Сенебье (1742—1809) «Физиология растений». Он дал и название этой науке. За указанный период в физиологии растений произошли важнейшие открытия: фотосинтеза и дыхания как основных преобразователей материи и энергии, способности бобовых и некоторых других видов к симбиозу с азотфиксирующими организмами, роли водного баланса растений и адаптации их к экстремальным почвенно-климатическим условиям, фотопериодизма — явления, обусловливающего переход растений от вегетативного развития к репродуктивному в зависимости от относительной продолжительности дня и ночи, эндогенных регуляторов — фитогормонов, являющихся медиаторами между генетической программой и ее реализацией в онтогенезе вида, реституции у растительных клеток, т. е. способности восстанавливать из отдельных свободноживущих вегетативных клеток целые растения, и др.

Зарождение физиологии растений в России относится ко второй половине XIX столетия. Основоположниками этой науки в нашей стране являются Андрей Сергеевич Фаминцин (1835—1918) и Климентий Аркадьевич Тимирязев (1843—1920).

А.С. Фаминцин — первый академик, физиолог растений Российской академии наук, организатор петербургской школы физиологов растений. В 1867 г. он создал в Петербургском университете самостоятельную кафедру физиологии растений. А.С. Фаминцин — автор монографии «Обмен веществ и превращение энергии в растениях» (1883 г.) и первого отечественного учебника по физиологии растений (1887 г.). Основные научные труды этого ученого посвящены фотосинтезу и обмену веществ в растениях. Он доказал, что ассимиляция углекислого газа и образование крахмала могут происходить при искусственном освещении.

В дореволюционной России центром науки физиологии растении в системе Академии наук была лаборатория анатомии и физиологии растений, возглавляемая академиком А.С. Фаминциным. В этой лаборатории в 1892 г. Д.И. Ивановский открыл вирусы, а в 1908 г. М.С. Цвет разработал принципы адсорбционно-хроматографического анализа

Жизнь и научное творчество К.А. Тимирязева — одна из блестящих страниц истории биологической науки. Основу научного творчества К.А. Тимирязева составляли две кардинальные проблемы — космическая роль растения и эволюционное учение Ч. Дарвина.

КА. Тимирязев — организатор московской школы физиологов, страстный дарвинист и пропагандист эволюционного учения, физиолог растений и теоретик рационального земледелия. В 1870—1892 гг. К.А. Тимирязев—профессор Петровской земледельческой и лесной академии (ныне Московская сельскохозяйственная академия имени К. А Тимирязева), в 1878—1911 гг. – профессор Московского университета

Основные исследования К.А. Тимирязева по физиологии растений посвящены процессу фотосинтеза. Для проведения опытов он сконструировал ряд оригинальных приборов. К.А Тимирязев установил зависимость фотосинтеза от интенсивности света и его спектрального состава, показал, что ассимиляция растениями углерода из углекислого газа воздуха происходит за счет энергии солнечною света, главным образом красных и синих лучей, поглощаемых хлорофиллом.

К.А. Тимирязев впервые высказал мысль о том, что хлорофилл физически и химически участвует в процессе фотосинтеза, это было подтверждено экспериментально. Он показал, что интенсивность фотосинтеза пропорциональна поглощенной энергии при низкой интенсивности света, а при ее увеличении происходит световое насыщение фотосинтеза. К. А. Тимирязев также доказал применимость к процессу фотосинтеза закона сохранения энергии и первого принципа фотохимии.

В 1867 г. по предложению Д.И. Менделеева К.А. Тимирязев заведовал опытным полем в Симбирской губернии, где он проводил опыты, связанные с действием минеральных удобрений на урожай, показавшие эффективность их применения.

По инициативе К.А. Тимирязева в 1872 г. на территории Петровской земледельческой и лесной академии был построен первый в России вегетационный домик, а в 1896 г. он организует на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде показательную опытную станцию с вегетационным домиком.

В физиологии растений К.А. Тимирязев видел основу рационального земледелия и широко это пропагандировал.

 

Воскресный зимний день 1876 года. Большая аудитория Музея прикладных знаний (ныне Политехнический му­зей) переполнена. Здесь гим­назисты и студенты, рабочие и чиновники. Все ожидают лек­тора — молодого доктора бо­таники Климента Тимирязева. Завидев любимого учителя, студенты Петровской земле­дельческой и лесной академии бурно зааплодировали, осталь­ные внимательно рассматри­вали его, поскольку видели впервые. Тридцатитрехлетний лектор был высок, худощав и подвижен. Волосы разделены аккуратным пробором, а ко­роткая бородка и усы прида­вали лицу подобающую со­лидность. Но более всего по­ражали голубые глаза учено­го, излучавшие доброжела­тельность и приветливость.

Чувствовалось, что Тимирязев волнуется, ведь это была его первая лекция перед такой большой аудиторией, потому и начал он неважно, порой тя­нул и заикался:

— Едва ли не в первый еще раз в Москве ботанику-физио­логу предоставляется случай излагать в общедоступной форме и перед таким много­численным собранием основ­ные начала о жизни растения. Ввиду исключительности этого положения я считаю не лиш­ним сказать несколько слов о современном состоянии нашей науки и ее отношении к обще­ству. Я полагаю, я не оши­бусь, сказав, что едва ли о ка­кой отрасли естествознания существует в нашем обществе такое смутное понятие, как именно о ботанике. Отсюда весьма понятно, что общество относится к ней безучастно, и едва ли какая естествен­ная наука возбуждает в нем так мало интереса, как бота­ника. Конечно, уже далеко за нами осталась та грибоедовская Москва, в которой с изумлением, почти с негодова­нием восклицали:

Он — химик, он — ботаник,

Князь Федор, мой племянник...

Слова Тимирязева оживили аудиторию. Лектор был вовсе не занудой. Теперь уже не только студенты, но и все при­сутствующие внимательно слу­шали молодого ученого. И это не осталось незамеченным — речь Тимирязева полилась сво­бодно, уверенно:

— Очевидно, физиология растений должна лечь в осно­ву земледелия ...Рациональное земледелие гораздо моложе рациональной медицины, и потребность в физиологии растений, спрос на нее яви­лись позднее. Но они уже явились, и это не может остаться без влияния на судь­бы физиологии растений. Как физиология животных разви­лась в медицинских школах, так физиология растений ра­зовьется в школах агрономи­ческих. Уже Германия и Аме­рика покрылись целой сетью так называемых опытных станций; во Франции прави­тельство, в Англии частные лица и общества стремятся к той же цели; даже бедная, подавленная долгами Италия старается не отстать в общем движении. Только у нас, на просторе сотен миллионов де­сятин, среди миллионов земле­дельческого населения, не воз­никло еще ни одного подоб­ного учреждения. И, несмотря на то, только у нас еще не редкость услышать даже в среде образованного общества голоса, желающие сокраще­ния, упразднения, уничтоже­ния и того, что уже сделано для успехов научной агро­номии!

Смелая речь оратора при­шлась по душе слушателям — зал реагировал на нее апло­дисментами.

— Таким образом, — вдох­новенно продолжал Тимиря­зев, — взорам физиолога пред­ставляется все более и более расширяющийся горизонт... Но прежде чем вступить на этот постепенно восходящий синте­тический путь, нам необходи­мо проникнуть еще глубже в нашем анализе. Мы разложи­ли растение на органы, орга­ны на клеточки, но до сих пор мы видели только внеш­ний остов этой клеточки. Нам необходимо заглянуть в ее внутренность, в ту микро­скопическую лабораторию, где вырабатываются бесчислен­ные вещества, которые произ­водит растение, ознакомиться с этими веществами и раз­ложить их на составные, простые начала. Для этой це­ли на помощь микроскопу к нашим услугам явятся весы и химические реактивы. Это изучение составит предмет следующей лекции.

Первая лекция была закон­чена, но слушатели не спеши­ли уходить. Они со всех сто­рон плотно обступили лектора, и их вопросам не было кон­ца. Десять лекций К. А. Тими­рязева из цикла «Жизнь рас­тений» позволили русской общественности впервые уз­нать, что такое физиология растений.

В 1878 году К. А. Тимирязев с присущей ему четкостью сформулировал основные за­дачи этой науки:

— Цель стремлений физио­логии растений заключается в том, чтобы изучить и объяс­нить жизненные явления рас­тительного организма и не только изучить и объяснить их, но путем этого изучения и объяснения вполне подчи­нить их разумной воле челове­ка, чтобы он мог по произ­волу видоизменять, прекра­щать или вызывать эти явления.

Это определение физиоло­гии растений, сформулирован­ное более ста лет назад, сох­раняет свою актуальность и в настоящее время. Для того чтобы полнее использовать полезные свойства растений, человек настойчиво пытается проникнуть в сущность жиз­ненных процессов, протекаю­щих в их организмах.

 

Основные произведения К. А. Тимирязева: «Жизнь растения» (1878),
«Чарльз Дарвин и его учение» (1883), «Столетние итоги физиологии растений» (1901), «Земледелие и физиология растений» (1906), «Успехи ботаники в XX веке» (1917), «Солнце, жизнь и хлорофилл» (1920), «Наука и демократия» (1920), «Исторический метод в биологии» (1922).

Физиология растений сначала развивалась как наука о почвенном питании. Позже она начала изучать воздушную среду как материальный источник существования зеленого растения. Характерной особенностью зеленых растений, отличающей их от животных организмов и бесхлорофильных растений, является способность питаться неорганическими веществами, превращая их в органические. Поэтому на протяжении всей истории развития физиологии растений проблема питания растительных организмов, превращения в них неорганических веществ в органические занимала центральное место. Открытие закона сохранения материи и энергии было основой для дальнейшего развития физиологии.

Одним из первых ученых, пытавшихся экспериментально выяснить, как питаются растения, был голландец Ван-Гельмонт (1577—1644).

Важная роль почвы и воздуха как источников питания растений была открыта в XVIII в. Гениальный русский ученый М. В. Ломоносов (1711—1765) высказал мысль, что растение формируется с помощью листьев за счет окружающей атмосферы. Он впервые сформулировал идею о воздушном питании растений, и это произошло почти за 20 лет до открытия Д. Пристли, Ж. Сенебье и Н. Соссюром фотосинтеза.

Несмотря на то‚ что была открыта способность растений усваивать углекислый газ из воздуха, оказалось много сторонников так называемой гумусной теории питания растений. Представителем ее был немецкий ученый А. Тэер. Он не придавал значения воздушному питанию растеннй и считал, что органические вещества они берут непосредственно из почвы.
Позже немецкий химик Ю. Либих в книге «Химия в применении к земледелию и физиологии растений» подверг острой критике гумусную теорию. Он утверждал, что необходимо возвращать в почву элементы, которые ежегодно выносятся с урожаем. Однако, по мнению Ю. Либиха, возвращать в почву необходимо лишь минеральную составную часть растения, азоту ученый не придавал значения, считая, что его достаточно в воздухе в виде аммиака и что он поступает в почву вместе с атмосферными осадками.

Французский агрохимик и физиолог Ж. Буссенго, который впервые стал выращивать растения в специальных вегетационных сосудах, опроверг ошибочные представления Ю. Либиха. Исследованиями Ж. Буссенго и немецкого ученого Г. Гельригеля была установлена способность бобовых растений усваивать молекулярный азот атмосферы, а русский ботаник М.С. Воронин в 1866 г. доказал, что на корнях бобовых из паренхимных тканей образуются клубеньки, в клетках которых находятся клубеньковые бактерии. Русский микробиолог С.Н. Виноградский открыл хемосинтез и бактерий, с помощью которых этот процесс происходит.

Крупнейший агрохимик, физиолог и биохимик растений, основоположник советской школы агрохимии, ученик К.А. Тимирязева Д.Н. Прянишников (1865—1948) всесторонне изучил азотный обмен и другие актуальные вопросы минерального питания культурных растений. Д.Н. Прянишниковым и учеными его школы было установлено, что правильное использование удобрений является мощным фактором регулирования физиологических процессов, происходящих в растениях, и формирования урожая. Дальнейшее развитие учение о минеральном питании получило в работах Д.А. Сабинина, Ф.Ф. Мацкова‚ Я.В. Пейве и др.

В середине XIX в. началось изучение фотосинтеза как энергетического процесса. Работами К.А. Тимирязева было доказано, что законы сохранения энергии относятся и к физиологии растений, в частности к такому важному процессу жизнедеятельности, как фотосинтез. Его идеи были развиты в трудах русских и советских ученых — В.И. Палладина, В.Н. Любименко, Е.Ф. Вотчала, М.А. Монтеверде, Н.М. Гайдукова, А.А. Красновского, А.Н. Теренина, А.А. Ничипоровича, Т.Н. Годнева.

Дыхание — одна из важнейших функций, свойственных всем живым
организмам. Первые эксперименты по изучению дыхания растений были проведены в конце XVIII в. Французский химик А. Лавуазье
придерживался ошибочного мнения, что природа процессов дыхания и горения идентична. В раскрытии химизма дыхания ведущую
роль играют работы русских ученых А.Н. Баха, В.И. Палладина, С.П. Костычева, немецкого ученого О. Варбурга и американца Д. Кейлина.

Крупный вклад в развитие физиологии в нашей стране внес основоположник экологической физиологии растений Н.А. Максимов (1880—1952). Широко известны работы Н.А. Максимова и его учеников (И.И. Туманова, Ф.Д. Сказкина, В.И. Разумова, Б.С. Мошкова, Л.И. Джапаридзе, В.Г. Александрова, А.Ф. Клешнина, В.М. Лемана, И.В. Красовской и др.) в области физиологии морозостойкости, засухоустойчивости, роста и развития, светокультуры растений. В настоящее время светокультура (выращивание растений в условиях искусственного освещения) широко применяется в тепличных хозяйствах, в селекционных и научно исследовательских учреждениях, в исследованиях по космической биологии. С именем Н.А. Максимова связано начало теоретических исследований по физиологии ростовых веществ и практическому применению стимуляторов роста в различных областях растениеводства

Большой вклад в физиологию растений внесли основоположник учения о фитогормонах Н.Г. Холодный и создатель гормональной теории развития растений М.X. Чайлахян.

Особенностью начального периода развития физиологии растений в России было то, что она считалась наукой университетской, которой придавалось лишь общеобразовательное значение. Призыв К.А. Тимирязева к тому, чтобы физиология растений заняла по отношению к агрономии такое же место, как физиология человека и животных по отношению к медицине, долго не находил отклика, несмотря на авторитет и популярность ученого. Характерной чертой развития физиологии растений как науки в наше время является то, что она тесно связана с практикой и служит теоретической основой агрономии, научного земледелия, обоснованием агротехнических приемов. Научились не только понимать физиологические функции, но и влиять на них. Благодаря «биохимизации» физиология растений все глубже постигает различные стороны процесса обмена веществ.

Следует отметить значительные достижения в изучении таких явлений, как фотосинтез, корневое и некорневое питание, зимостойкость и засухоустойчивость, действие физиологически активных веществ, стимуляторов, гербицидов, влияние света и температуры, дыхание растений, роль и значение нуклеинового обмена, физиология больного растения.

 


«Мы разложили растение на органы, органы на клеточки, но до сих пор мы видели только внешний ос­тов этой клеточки. Нам необходимо заглянуть в ее внутренность, в ту микроскопическую лабораторию, где вырабатываются бесчисленные вещества, которые производит растение, ознакомиться с этими вещества­ми и разложить их на составные, простые начала».

К.А. Тимирязев

 

 

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ОРГАНИЗМА

 

Клетка — основная структурная и функциональная единица жизни, ограниченная полупроницаемой мембраной и способная к самовоспроизведению. Клетки разных жи­вых организмов имеют свои отличительные особенности. Как известно, все организмы делят на прокариоты (бактерии, сине-зеленые водоросли), клетки которых не имеют оформленного ядра, и эукариоты, клетки которых обязательно содержат ядро. Сущест­венные различия в структуре имеются и у клеток, входящих в состав одного и того же организма. В многоклеточном организме имеются высокоспециализированные клетки, которым присущи свои специфические функции. Клетка корня с корневым волоском не похожа на клетку флоэмы или клетку мезофилла листа. Однако всякое изучение должно начаться не с выявления различия между разными клетками, а с установления наиболее характерного для обобщенной клетки. Для всех клеток характерны те же функции, кото­рыми можно характеризовать и жизнь в целом. Они способны к самовоспроизведению, к использованию и превращению энергии, к синтезу больших и сложных молекул. Клетка, как и все живое, является результатом длительной эволюции и характеризуется высокой упорядоченностью своей структуры.

Открытие клеточного строения организма непосредственно связано с изобретени­ем микроскопа. В 1665 г. голландский ученый Роберт Гук усовершенствовал простей­ший микроскоп и рассмотрел с его помощью срез пробки. На этом срезе оказались ви­димыми отдельные ячейки. Роберт Гук назвал их клетками. Однако только в середине XIX в. этому открытию было придано надлежащее значение. На основе многочисленных наблюдений, главным образом благодаря работам ботаника М. Шлейдена (1838) и зоо­лога Т. Шванна (1839), была сформулирована клеточная теория строения организмов. Согласно этой теории, все живое состоит из клеток и их производных. Значение клеточ­ного открытия клеточного строения организмов многогранно. Оно дало основу для ут­верждения взгляда о единстве происхождения всего живого, открыло возможность изу­чения живого на уровне клетки. Вместе с тем при изучении многоклеточных организмов надо помнить, что каждая клетка находится в тесном взаимодействии с другими клетка­ми и что организм - это единое целое, а не сумма клеток.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Лекции по физиологии растений

Московский государственный областной университет.. д а климачев.. лекции по физиологии растений Москва климачев д а..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: И основные направления исследований

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

МОСКВА – 2006
Печатается по решению кафедры ботаники с основами сельского хозяйства.   Климачев Д.А. Лекции по физиологии растений. М.: Изд-во МГОУ‚ 2006. – 282 с.  

Природа и функции основных химических компонентов растительной клетки
Земная кора и атмосфера содержит более ста химических элементов. Из всех этих элементов лишь ограниченное количество было отобрано в ходе эволюции для форми­рования сложного, высокоорганизованного

Элементарный состав растений
Азот - входит в состав белков, нуклеиновых кислот, фосфолипидов, порфиринов‚ цитохромов, коферментов (НАД, НАДФ). Поступает в растения в виде NО3-, NО2

Углеводы
Углеводы - сложные органические соединения, молекулы которых построены из атомов трех химических элементов: углерода, кислорода, водорода. Углеводы - основ­ной источник энергии для живых систем. Кр

Растительные пигменты
Пигменты — высокомолекулярные природные окрашенные соединения. Из не­скольких сотен пигментов, существующих в природе, важнейшими с биологической точки зрения являются металлопорфириновые и флавино

Фитогормоны
Известно, что жизнь животных контролируется нервной системой и гормонами, но далеко не все знают, что жизнь растений тоже контролируется гормонами, ко­торые называют фитогормонами. Они регулируют ж

Фитоалексины
Фитоалексины — это низкомолекулярные антибиотические вещества высших рас­тений, возникающие в растении в ответ на контакт с фитопатогенами; при быстром дос­тижении антимикробных концентраций они мо

Клеточная оболочка
Клеточная оболочка придает клеткам и тканям растений механическую прочность, защищает протоплазматическую мембрану от разрушения под влиянием гидростатиче­ского давления, развиваемого внутри клетки

Вакуоль
Вакуоль — полость, заполненная клеточ­ным соком и окруженная мембраной (тонопластом). В молодой клетке обычно имеется не­сколько мелких вакуолей (провакуолей). В про­цессе роста клетки образуется о

Пластиды
Различают три вида пластид: хлоропласта - зеленые, хромопласты - оранжевые, лейкопласты - бесцветные. Размер хлоропластов колеблется от 4 до 10 мкм. Число хлоропластов обычно со­ста

Органы, ткани и функциональные системы высших растений
    Главная особенность живых организмов заключается в том‚ что они представляют собой открытые системы‚ которые обмениваются с окружающей средой энергией‚ веществом и и

Регуляция активности ферментов
Изостерическая регуляция активности ферментов осуществляется на уровне их каталитических центров. Реакционная способность и направленность работы каталитического центра прежде всего зависят от коли

Генетическая система регуляции
Генетическая регуляция включает в себя регуляцию на уровне репликации‚ транскрипции, процессинга и трансляции. Молекулярные механизмы регуляции здесь те же (рН‚ ноны, модификация молекул, белки-рег

Мембранная регуляция
Мембранная регуляция осуществляется благодаря сдвигам в мембранном транспорте, связыванию или освобождению ферментов и регуляторных белков и путем изменения активности мембранных ферментов. Все фун

Трофическая регуляция
Взаимодействие с помощью питательных веществ — наиболее простой способ связи между клетками, тканями и органами. У растений корни и другие гетеротрофные органы зависят от поступления ассимилятов‚ о

Электрофизиологическая регуляция
Растительные организмы в отличие от животных не имеют нервной системы. Тем не менее, электрофизиологические взаимодействия клеток‚ тканей и органов играют существенную роль в координации функционал

Ауксины
Одни из первых экспериментов по регуляции роста у растений были выполнены Чарльзом Дарвином и его сыном Фрэнсисом и изложены в работе «Сила движения у растений»‚ опубликованной в 1881 г. Дарвины си

Цитокинины
Вещества, необходимые для индукции деления растительных клеток, получили название цитокининов. Впервые в чистом виде фактор клеточного деления был выделен из автоклавированного препарата ДНК спермы

Гиббереллины
Японский исследователь Е.Куросава в 1926 г. установил, что культуральная жидкость фитопатогенного гриба Gibberella fujikuroi содержит химическое вещество, способствующее сильному вытягиванию стебле

Абсцизины
В 1961 г. В.Лью и Х.Карнс из сухих зрелых коробочек хлопчатника выделили в кристаллическом виде вещество, ускоряющее опадение листьев, и назвали его абсцизином (от англ. abscission — отделение, опа

Брассиностероиды
Впервые в пыльце рапса и ольхи были обнаружены вещества, обладающие регулирующей рост активностью и названные брассинами. В 1979 г. было выделено активное начало (брассинолид) и определено его хими

Термодинамические основы водного обмена растений
Введение в физиологию растений понятий термодинамики дало возможность математически описать и объяснить причины, вызывающие как водообмен клеток, так и транспорт воды в системе почва — растение — а

Поглощение и передвижение воды.
Источником воды для растений является почва. Количество доступной для растения воды определяется ее состоянием в почве. Формы почвенной влаги: 1. Гравитационная вода – заполняет п

Транспирация.
В основе расходования воды растительным организмом лежит физический процесс испарения – переход воды из жидкого состояния в парообразное‚ происходящий в результате соприкосновения органов растения

Физиология устьичных движений
Степень раскрытия устьиц зависит от интенсивности света, оводненности тканей листа, концентрации СО2 в межклетниках, температуры воздуха и других факторов. В зависимости от фактора, запу

Пути снижения интенсивности транспирации
Перспективным способом снижения уровня транспирации является применение антитранспирантов. По механизму действия их можно разделить на две группы: вещества‚ которые вызывают закрывание устьиц; веще

История фотосинтеза
В старые времена врач обя­зан был знать ботанику, ведь многие лекарственные средст­ва готовились из растений. Неудивительно, что лекари не­редко выращивали растения, проводили с ними различные опыт

Лист как орган фотосинтеза
В процессе эволюции растений сформировался специализированный орган фотосинтеза – лист. Приспособление его к фотосинтезу шло в двух направлениях: возможно более полное поглощение и запасание лучист

Хлоропласты и фотосинтетические пигменты
Лист растения — орган, обеспечивающий условия для проте­кания фотосинтетического процесса. Функционально же фото­синтез приурочен к специализированным органеллам — хлоропластам. Хлоропласты высших

Хлорофиллы
В настоящее время известно несколько различных форм хлорофилла, которые обозначают латинскими буквами. Хлоропласты высших растений содержат хлорофилл а и хлорофилл b. Они были идентифицированы русс

Каротиноиды
Каротиноиды — жирорастворимые пигменты желтого, оран­жевого и красного цветов. Они входят в состав хлоропластов и хромопластов незеленых частей растений (цветков, плодов, кор­неплодов). В зеленых л

Организация и функционирование пигментных систем
Пигменты хлоропластов объединены в функциональные ком­плексы — пигментные системы, в которых реакционный центр - хлорофилл а, осуществляющий фотосенсибилизацию, связан процессами переноса энергии с

Циклическое и нециклическое фотосинтетическое фосфорилирование
Фотосинтетическое фосфорилирование, т. е. образование АТФ в хлоропластах в ходе реакций, активируемых светом, может осуществляться циклическим и нециклическим путями. Циклическое фотофосфо

Темновая фаза фотосинтеза
Продукты световой фазы фотосинтеза АТФ и НАДФ . Н2 ис­пользуются в темновой фазе для восстановления СО2 до уровня углеводов. Реакции восстановления происходят насто

С4-путь фотосинтеза
Путь усвоения СО2, установленный М. Кальвиным, является основным. Но существует большая группа растений, включаю­щая более 500 видов покрытосеменных, у которых первичными продуктами фикс

САМ-метаболизм
Цикл Хетча и Слэка обнаружен также у растений-суккулентов (из родов Crassula, Bryophyllum и др.). Но если у С4-растений кооперация достигнута за счет пространственного разделения двух ци

Фотодыхание
Фотодыхание — это индуцированное светом поглощение кис­лорода и выделение СО2, которое наблюдается только в расти­тельных клетках, содержащих хлоропласты. Химизм этого про­цесса значител

Сапротрофы
В настоящее время грибы относят к самостоятельному цар­ству, однако многие стороны физиологии грибов близки к фи­зиологии растений. По-видимому, сходные механизмы лежат и в основе их гетеротрофного

Паразиты
На примере подъельника и орхидей был рассмотрен способ питания высших растений путем паразитизма. Микоризный гриб также выступает как паразит (явление взаимного парази­тизма). Гифы гриба образуют в

Насекомоядные растения
В настоящее время известно свыше 400 видов покрытосе­менных растений, которые ловят мелких насекомых и другие ор­ганизмы, переваривают свою добычу и используют продукты ее разложения как дополнител

Гликолиз
Гликолиз — это процесс генерации энергии в клетке, происхо­дящий без поглощения О2 и выделения СО2. Поэтому его ско­рость трудно измерить. Основной функцией гликолиза наряду с

Электрон-транспортная цепь
В рассмотренных ре­акциях цикла Кребса и при гликолизе молекулярный кислород не участвует. Потребность в кислороде возникает при окислении восстановленных переносчиков НАДН2 и ФАДН2

Окислительное фосфорилирование
Главной особенностью внут­ренней мембраны митохондрии является присутствие в ней бел­ков — переносчиков электронов. Эта мембрана непроницаема для ионов водорода, поэтому перенос последних через мем

Пентозофосфатное расщепление глюкозы
Пентозофосфатный цикл‚ или гексозомонофосфатный шунт‚ часто называют апотомическим окислением‚ в отличие от гликолитического цикла‚ называемого дихотомическим (распад гексозы на две триозы). Особен

Жиры и белки как дыхательный субстрат
Запасные жиры расходуются на дыхание проростков‚ развивающихся из семян‚ богатых жирами. Использование жиров начинается с их гидролитического расщепления липазой на глицерин и жирные кислоты‚ что п

Элементы‚ необходимые для растительного организма
Растения способны поглощать из окружающей среды практически все элементы периодической системы Д.И. Менделеева. Причем многие рассеянные в земной коре элементы накапливаются в растениях в значитель

Признаки голодания растений
Во многих случаях при недостатке элементов минерального питания у растений появляются характерные симптомы. В ряде случаев эти признаки голодания могут помочь установить функции данного элемента, а

Антагонизм ионов
Для нормальной жизнедеятельности как растительных, так и животных организмов в окружающей их среде должно быть определенное соотношение различных катионов. Чистые растворы солей одного какого-либо

Поглощение минеральных веществ
Корневая система растений поглощает из почвы как воду, так и питательные вещества. Оба эти процесса взаимосвязаны, но осуществляются на основе разных механизмов. Многочисленные исследования показал

Ионный транспорт в растении
В зависимости от уровня организации процесса различают три типа транспорта веществ в растении: внутриклеточный, ближний (внутри органа) и дальний (между органами). Внутриклеточный

Радиальное перемещение ионов в корне
Путем обменных процессов и диффузии ионы поступают в клеточные стенки ризодермы, а затем через коровую паренхиму направляются к проводящим пучкам. Вплоть до внутреннего слоя коры эндодермы возможно

Восходящий транспорт ионов в растении
Восходящий ток ионов осуществляется преимущественно по сосудам ксилемы, которые лишены живого содержимого и являются составной частью апопласта растения. Механизм ксилемного транспорта — массовый т

Поглощение ионов клетками листа
На долю проводящей системы приходится около 1/4 объема ткани листа. Суммарная длина разветвлений проводящих пучков в 1 см листовой пластинки достигает 1 м. Такая насыщенность тканей листа проводяще

Отток ионов из листьев
Почти все элементы, за исключением кальция и бора, могут оттекать из листьев, достигших зрелости и начинающих стареть. Среди катионов во флоэмных экссудатах доминирующее место принадлежит калию, на

Азотное питание растений
Основными усвояемыми формами азота для высших растений являются ионы аммония и нитрата. Наиболее полно вопрос об использовании растениями нитратного и аммиачного азота разработан академиком Д. Н. П

Ассимиляция нитратного азота
Азот входит в состав органических соединений только в восстановленной форме. Поэтому включение нитратов в обмен веществ начинается с их восстановления, которое может осуществляться и в корнях, и в

Ассимиляция аммиака
Аммиак, образовавшийся при восстановлении нитратов или молекулярного азота, а также поступивший в растение при аммонийном питании, далее усваивается в результате восстановительного аминирования кет

Накопление нитратов в растениях
Темпы поглощения нитратного азота часто могут превышать скорость его метаболизации. Связано это с тем, что многовековая эволюция растений шла в условиях недостатка азота и вырабатывались системы не

Клеточные основы роста и развития
Основой роста тканей, органов и всего растения являются образование и рост клеток меристематической ткани. Различают апикальную, латеральную и интеркалярную (вставочную) меристемы. Апикальная мерис

Закон большого периода роста
Скорость роста (линейного, массы) в онтогенезе клетки, ткани, любого органа и растения в целом непостоянна и может быть выражена сигмовидной кривой (рис. 26). Впервые эта закономерность роста была

Гормональная регуляция роста и развития растений
Многокомпонентная гормональная система участвует в управлении ростовыми и формообразовательными процессами растений, в реализации генетической программы роста и развития. В онтогенезе в отдельных ч

Влияние фитогормонов на рост и морфогенез растений
Прорастание семян. В набухающем семени центром образования или высвобождения гиббереллинов, цитокининов и ауксинов из связанного (конъюгированного) состояния является зародыш. Из з

Использование фитогормонов и физиологически активных веществ
Изучение роли отдельных групп фитогормонов в регуляции роста и развития растений определило возможность использования этих соединений, их синтетических аналогов и других физиологически активных вещ

Физиология покоя семян
Покой семян относится к завершающей фазе эмбрионального периода онтогенеза. Основным биологическим процессом, наблюдаемым при органическом покое семян, является их физиологическое дозревание‚ вслед

Процессы, протекающие при прорастании семян
При прорастании семян выделяют следующие фазы. Поглощение воды — сухие семена, находящиеся в состоянии покоя, поглощают воду из воздуха или какого-либо субстрата до наступления критической

Покой растений
Рост растений не является непрерывным процессом. У большинства растений время от времени наступают периоды резкого замедления или даже почти полной приостановки ростовых процессов – периоды покоя.

Физиология старения растений
Этап старения (старости и отмирания) — это период от полного прекращения плодоношения до естественной смерти растения. Старение — это период закономерного ослабления процессов жизнедеятельности, из

Осенняя окраска листьев и листопад
Осенью лиственные леса и сады меняют цвет листьев. На место монотонной летней окраски выступает большое разнообразие ярких тонов. Листья грабов, кленов и берез становятся светло-желтыми, д

Влияние микроорганизмов на рост растений
Многие почвенные микроорганизмы обладают способностью стимулировать рост растений. Полезные бактерии могут оказывать свое влияние непосредственно‚ поставляя растениям фиксированный азот‚ хелатирова

Движения растений
Растения в отличие от животных прикреплены к месту своего обитания и не могут перемещаться. Однако и для них характерно движение. Движение растений — это изменение положения органов растений в прос

Фототропизмы
Среди факторов, вызывающих проявление тропизмов, свет был первым, на действие которого человек обратил внимание. В древних литературных источниках были описаны изменения положения органов растений

Геотропизмы
Наряду со светом на растения оказывает влияние сила тяжести, определяющая положение растений в пространстве. Присущую всем растениям способность воспринимать земное притяжение и реагировать на него

Другие виды тропизмов
Хемотропизм — это изгибы корней при неравномерном распределении в почве какого-нибудь химического вещества. Хемотропизм кроме корней свойственен и пыльцевым трубкам, проросткам растений-паразитов.

Холодостойкость растений
Устойчивость растений к низким температурам подразделяют на холодостойкость и морозоустойчивость. Под холодостойкостью понимают способность растений переносить положительные температуры несколько в

Морозоустойчивость растений
Морозоустойчивость — способность растений переносить температуру ниже 0оС, низкие отрицательные температуры. Морозоустойчивые растения способны предотвращать или уменьшать действие низки

Зимостойкость растений
Непосредственное действие мороза на клетки — не единственная опасность, угрожающая многолетним травянистым и древесным культурам, озимым растениям в течение зимы. Помимо прямого действия мороза рас

Влияние на растения избытка влаги в почве
Постоянное или временное переувлажнение характерно для многих районов земного шара. Оно нередко наблюдается также при орошении, особенно проводимом методом затопления. Избыток воды в почве может бы

Засухоустойчивость растений
Обычным явлением для многих регионов России и государств СНГ стали засухи. Засуха — это длительный бездождливый период, сопровождаемый снижением относительной влажности воздуха, влажности почвы и п

Влияние на растения недостатка влаги
Недостаток воды в тканях растений возникает в результате превышения ее расхода на транспирацию перед поступлением из почвы. Это часто наблюдается в жаркую солнечную погоду к середине дня. При этом

Физиологические особенности засухоустойчивости
Способность растений переносить недостаточное влагообеспечение является комплексным свойством. Она определяется возможностью растений отсрочить опасное уменьшение оводненности протоплазмы (избегани

Жароустойчивость растений
Жароустойчивость (жаровыносливость) — способность растений переносить действие высоких температур, перегрев. Это генетически обусловленный признак. По жароустойчивости выделяют две группы

Солеустойчивость растений
За последние 50 лет уровень Мирового океана поднялся на 10 см. Эта тенденция, по предсказаниям ученых, будет продолжаться и дальше. Следствием этого является возрастающий дефицит пресной воды, а до

Основные термины и понятия
Вектор – самореплицирующаяся молекула ДНК (например‚ бактериальная плазмида)‚ используемая в генной инженерии для переноса генов.   vir-гены

Из Agrobacterium tumefaciens
Почвенная бактерия Agrobacterium tumefaciens — фитопатоген, который в процессе своего жизненного цикла трансформирует клетки растений. Эта трансформация приводит к образованию корончатого галла — о

Векторные системы на основе Тi-плазмид
Самый простой способ использования природной способности Тi-плазмид к генетической трансформации растений предполагает встраивание интересующей исследователя нуклеотидной последовательности в Т-ДНК

Физические методы переноса генов в растительные клетки
Системы переноса генов с помощью Agrobacterium tumefaciens эффективно работают только в случае некоторых видов растений. В частности, однодольные растения, включая основные зерновые культуры (рис,

Бомбардировка микрочастицами
Бомбардировка микрочастицами, или биолистика, — наиболее многообещающий метод введения ДНК в растительные клетки. Золотые или вольфрамовые сферические частицы диаметром 0,4—1,2 мкм покрывают ДНК, о

Вирусам и гербицидам
Растения, устойчивые к насекомым-вредителям Если бы хлебные злаки можно было изменять методами генной инженерии так, чтобы они продуцировали функциональные инсектициды, то мы получили бы к

Воздействиям и старению
В отличие от большинства животных, растения физически не могут защитить себя от неблагоприятных воздействий со стороны окружающей среды: высокой освещенности, ультрафиолетового облучения, высоких т

Изменение окраски цветков
Цветоводы все время стараются создавать растения, цветки которых имеют более привлекательный внешний вид и лучше сохраняются после того, как их срежут. С помощью традиционных методов скрещивания за

Изменение пищевой ценности растений
За многие годы агрономы и селекционеры достигли больших успехов в улучшении качества и повышении урожайности самых разных сельскохозяйственных культур. Однако традиционные методы выведения новых со

Растения как биореакторы
Растения дают большое количество биомассы, а выращивание их не составляет труда, поэтому разумно было попытаться создать трансгенные растения, способные синтезировать коммерчески ценные белки и хим

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги