Основные разделы физиологии растений

5. Физиология растений

Физиология растений изучает процессы, происходящие в организмах на раз­ных уровнях организации: биоценотическом, организменном, органном, кле­точном, субклеточном, молекулярном и даже субмолекулярном. В организме растения процессы всех уровней тесно взаимосвязаны. Изменение любого процесса отражается на всей жизнедеятельности организма. Сложность биоло­гических исследований заключается еще и в том, что организм неотделим от среды, и все физиологические процессы тесно взаимосвязаны с условиями среды.

Любой физиологический процесс должен рассматриваться как результат эволюции, в течение которой выработалась способность рас­тений к адаптации, приспособлению к изменяющимся условиям среды. Рас­тительный организм непрерывно развивается в течение всей своей жизни. Это развитие разделено на определенные этапы, характеризующиеся специфическими признаками. Именно поэтому необходимо рассматривать рас­тительный организм как непрерывно развивающуюся систему. В настоящее время применяют метод изучения таких систем от более простых к сложным уровням их организации. Этот подход позволяет проследить развитие от­дельных физиологических процессов в целом растительном организме на осно­ве следующей общей схемы:

ДНК РНКбелокферментбиохимическая реакцияфизиологический процесссвойство клеткисвойство органасвойство организма.

В физиологии растений используется ве­гетационный метод, основанный на исследовании выращиваемых экспериментальных растений в различных условиях опыта, широко применяют также методы биофизики и биохимии, методы культивирования клеток и тканей. Физио­логия – теоретическая основа клеточной и генетической (генной) инже­нерии.

Основные разделы физиоло­гии растений посвящены таким процессам, как фотосинтез, транспорт веществ, дыхание, обмен веществ, почвенное питание, водный об­мен, рост и развитие. Все эти процессы тесно связаны друг с другом и в живом организме неразделимы.

• 5.1. Обмен веществ
• 5.2. Ассимиляция углерода (фотосинтез)
• 5.3. Минеральное питание
• 5.4. Рост и развитие растений

5.1. Обмен веществ

Организмы представляют собой открытые энергетические системы, непрерывно обменивающиеся с окружающей средой веществом и энергией. Метаболизм, или обмен веществ лежит в основе всех проявлений жизни. Различают внешний обмен – поглощение и выделение ве­ществ, и внутренний обмен – химическое превращение этих веществ в клетке. Об­мен веществ и поддержание целостности структуры любой живой системы тре­буют затраты определенной энергии и, следовательно, ее поступления извне. Первичным источником энергии у автотрофных организмов служит либо свет (у фототрофов), либо различные химические реакции (у хемотрофов). Существование большинства живых организмов на Земле невозможно без использования запасенной энергии. Такая энергия накапливается в виде энергии химических связей углеводов, жиров и белков. Передатчиками энергии при ее поступлении и расходовании служат высокоэнергетические соединения типа АТФ, то есть аденозинтри­фосфорной кислоты (аденозинтрифосфата). В процессе обмена веществ строится тело растительного организма. Превращение чуже­родных веществ в вещества собственного тела получило название ассимиляции. Ассимиляция всегда сопряжена с расходованием энергии. Распад веществ, образующих организм, до более простых соединений называется диссимиляцией. При диссимиляции энергия высвобождается. Ассимиляция и диссимиляция представляют собой взаимосвязанные процессы обмена веществ и энергии в живых системах. Помимо обмена веществ, происходящих в клетках, сами клетки обмениваются веществами с окружающей средой. Этот обмен происходит либо в виде свободного (пассивного) транспорта за счет энергии передвигающихся частиц в ходе диффузии и осмоса, либо в виде активного транспорта, при котором затрачивается определенная часть энергии, образующейся при диссимиляции. Другая ее часть расходуется на синтез структурных компонентов клетки и поддержание ее гомеостаза. Главнейшую роль в регуляции обмена веществ между клеткой и средой играет цитоплазматическая мембрана (плазмалемма), а в пределах клетки – эндоплазматическая сеть. Основное количество используемой организмом энергии высвобождается в результате диссимиляции. В про­цесс диссимиляции вовлекаются запасные вещества клетки и всего организма. Известно 2 основных процесса дисси­миляции: брожение и дыхание. Брожение эволюционно более древний и энергетически менее выгодный процесс. В ходе брожения различные энергетически богатые субстраты (чаще всего углеводы) расщепляются до менее богатых соединений (спирта, масляной, молочной, уксусной кислот). Брожение характерно для многих прокариот и некоторых грибов. Например, процесс спиртового брожения суммарно можно выразить уравнением: С₆Н₁₂О₆ = 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 2АТФ Из этого уравнения видно, что при сбраживании 1 молекулы сахара (глюкозы) образуется только 2 молекулы АТФ. Дыхание энергетически более совер­шенно. В основе дыхания лежит биологи­ческое окисление в так называемой цепи дыхания, содержащей специальные фер­менты – оксиредуктазы. При полном окислении молекулы глюкозы до воды и диоксида углерода образуется 38 молекул АТФ: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6Н₂О + 6СО₂ + 38 АТФ Энергетически богатые субстраты в процессе дыхания окисляются до крайне бедных энергией соединений – воды и диоксида углерода. У большинства организмов в окислитель­но-восстановительных процессах активно используется кислород. Важнейшие этапы процесса дыхания у эукариотических ор­ганизмов осуществляются в митохон­дриях. Интенсивность дыхания меняется в ходе развития растения. Сухие покоя­щиеся семена дышат слабо. При набуха­нии и последующем прорастании семян интенсивность дыхания усиливается в сотни и тысячи раз. Самой высокой ин­тенсивностью дыхания отличаются бы­стро растущие органы и ткани. С оконча­нием периода активного роста растений дыхание их тканей ослабевает, что свя­зано с процессами старения прото­пласта. Существует две формы ассимиляции: автотрофная и гетеротрофная. Автотрофная ассимиляция имеет огромное значение для живых существ, поскольку создает первичную продукцию, являю­щуюся основой всех цепей питания в эко­системах. При автотрофной ассимиляции неорганические вещества превращаются в органические. Этот процесс наиболее сложен. Гетеротрофная ассимиляция от­носительно проще, поскольку здесь про­исходит превращение одних органических веществ в другие. Она типична для боль­шинства животных, грибов и части про­кариот. Большинство растений и значительное число видов прокариот автотрофны. Поскольку органические вещества представляют собой соединения углеро­да, решающее значение при создании первичной продукции имеет ассимиляция СО₂. Это процесс восстановления, ко­торый ведет от максимально окисленного исходного вещества СО₂ к менее окис­ленным продуктам, таким, как углеводы (СН₂О)n. У растений и цианобактерий донором электронов, необходимых для восстановления углерода, служит вода, которая при отнятии электрона окисляет­ся до кислорода. Такое преобразование энергии света называется аэробным (кислородным) фотосинтезом. Реже, у фотобактерий, донором электронов выступают молекулярная сера или сероводород, водород или некоторые органические вещества. Кислород при таком процессе не выделяется. Такое преобразование энергии света в хи­мическую энергию получило название анаэробного (бескислородного) фотосинтеза. Относительно редко донорами элек­тронов при автотрофной ассимиляции выступают различные неорганические со­единения, например водород в метанообразующих бактериях, а энергия посту­пает в результате окисления сероводоро­да (Н₂S), аммиака (NН₃). Это процессы хемосинтеза. Солнечный свет для существования хемосинтезирующих организмов не нужен и все процессы мо­гут протекать анаэробно.

Источник

История изучения физиологии растений. Основные разделы физиологии растений

Особенности строения растительной клетки, химический состав.

1. История изучения физиологии растений. Основные разделы и задачи физиологии растений

2. Основные методы исследования физиологии растений

3. Строение растительной клетки

4. Химический состав растительной клетки

История изучения физиологии растений. Основные разделы физиологии растений

Физиология растений – наука, изучающая жизненные процессы, происходящие в растительном организме.

Сведения о процессах, происходящих в живом растении, накапливались по мере развития ботаники. Развитие физиологии растений, как науки, определялось использованием новых, более совершенных методов химии, физики и потребностями земледелия.

Физиология растений зародилась в XVII-XVIII вв. Начало физиологии растений как науки было положено опытами Я.Б.Ван Гельмонта по водному питанию растений (1634 г).

Результаты ряда физиологических опытов, доказывающих существование нисходящего и восходящего токов воды и питательных веществ, воздушное питание растений изложены в классических трудах итальянского биолога и врача М.Мальпиги «Анатомия растений» (1675-1679 гг) и английского ботаника и врача С.Гейлса «Статика растений» (1727 г). В 1771 г. английским ученым Д.Пристли был открыт и описан процесс фотосинтеза — воздушного питания растений. В 1800 г Ж.Сенебье издал трактат «Physiolоgie vegetale» в пяти томах, в котором были собраны, обработаны и осмыслены все данные, известные к тому времени, был предложен термин «физиология растений», определены задачи, методы исследования физиологии растений, эксперементально доказал, что источником углерода при фотосинтезе является углекислый газ, заложил основы фотохомии..

В XIX — XX вв был сделан ряд открытий в области физиологии растений:

1806 г. – Т.А.Найт описал и эксперементально изучил явление геотропизма;

1817 г. – П.Ж.Пельтье и Ж.Каванту выделили из листьев зеленый пигмент и назвали его хлорофиллом;

1826 г. – Г.Дютроше открыл явление осмоса;

1838-1839 гг. – Т.Шванн и М.Я.Шлейден обосновали клеточную теорию строения растений и животных;

1840 г. – Ю.Либих разработал теорию минерального питания растений;

1851 г. — В.Гофмейстер открыл чередование поколений у высших растений;

1859 г. – Ч.Дарвин заложил основы эволюционной физиологии растений, физиологии цветка, гетеротрофного питания, движения и раздражимости расмтений;

1862 г. – Ю.Сакс показал, что крахмал является продутом фотосинтеза;

1865 – 1875 гг. – К.А.Тимирязев изучил роль красного света в процессах фотосинтез, развил представление о космической роли зеленых растений;

1877 г. – В.Пфеффер открыл законы осмоса;

1878-1880 г. – Г.Гельригель и Ж.Б.Буссенго показали фиксацию атмосферного азота у бобовых в симбиозе с клубеньковыми бактериями;

1897 г. М.Ненцкий и Л.Мархлевский открыли структурц хлорофилла;

1903 г. – Г.Клебс развил учение о влиянии факторов внешней среды на рост и развитие растений;

1912 г. – В.И.Палладин выдвинул идею об анаэробном и аэробном этапах дыхания;

1920 г. – У.У.Гарнер и Г.А.Аллард открыли явление фотопериодизма;

1937 г. — Г.А.Кребс описал цикл лимонной кислоты;

1937 г. — М.Х Чайлахян выдвинул гормональную теорию развития растений;

1937 -1939 гг. – Г.Калькар и В.А.Блицер открыли окислительное фосфорилирование;

1946 – 1956 гг.- М.Кальвин и сотрудники расшифровали основной путь углерода при фотосинтезе;

1943-1957 гг. – Р.Эмерсон эксперементально доказал существование двух фотосистем;

1954 г. – Д.И.Арнон и сотр. открыли фотофосфорилирование;

1961-1966 гг. – П.Митчел разработал хемиосмотическую теорию сопряжения окисления и фосфорилирования.

А также другие открытия, определившие развитие физиологии растений как науки.

Основные разделы физиологии растений дифференцировались в XIX в — это:

2. физиология водного режима растений

3. физиология минерального питания

4. физиология роста и развития

5. физиология устойчивости

Но какие-либо явления в растении невозможно понять в рамках только одного раздела. Поэтому во второй половине XXв. в физиологии растений намечается тенденция слияния в единое целое биохимии и молекулярной биологии, биофизики и биологического моделирования, цитологии, анатомии и генетики растений.

Современная физиология растений – это фундаментальная наука, ее основная задача — изучение закономерностей жизнедеятельности растений. Но она имеет огромное прикладное значение, поэтому ее вторая задача – разработка теоретических основ получения максимальных урожаев сельскохозяйственных, технических и лекарственных культур. Физиология растений – это наука будущего, ее третья, пока еще не решенная задача, — разработка установок для осуществления процессов фотосинтеза в искусственных условиях.

Воспользуйтесь поиском по сайту:

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2023 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.005 с) .

Источник