ЛУГАНСКИЙ  НАЦИОНАЛЬНЫЙ  АГРАРНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Объем, в часах всего — 108, в том числе: лекций — 46 часов, лабораторных — 32 часа, самостоятельная работа - 30 часов. По окончании курса — экзамен.

Рабочая программа составлена на основании Программы "Физиология растений и биологическая химия по агрономическим специальностям, утвержденной главным управлением высшего и среднего сельскохозяйственного образования 20 октября 1983 г. и Программы "Фізіологія рослин" для вищих аграрних закладів освіти ІІІ - IV рівнів, затвердженої Головним управлінням кадрової політики і аграрної освіти Мінагропрому України 25 вересня 1998 р.

Темы теоретических занятий

Введение
Предмет и задачи физиологии растений и ее место в системе биологических дисциплин. Физиология растений как фундаментальная основа агрономических наук. Этапы развития и направления современной физиологии растений. Методы физиологии растений и уровни исследований.

1.1. Физиология и биохимия растительной клетки
Химический состав клетки. Аминокислоты, пептиды и белки. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры (конформации) белков. Физико-химические свойства белков. Функция белков.
Нуклеиновые кислоты. Пурины и пиримидины, нуклеотиды. Дезоксирибонуклеиновые и рибонуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), их структура, виды и функции.
Макроэргические соединения клетки (АТФ и другие). Ферменты. Особенности биохимических реакций. Одно- и двукомпонентные ферменты. Коферменты. Витамины как составная часть коферментов. Кофакторы. Мультиферментные комплексы. Изоферменты. Специфичность действия ферментов. Зависимость действия ферментов от температуры, рН, состава и концентрации солей. Активаторы, ингибиторы и эффекторы ферментов. Особенности действия ферментов в клетке. Классификация и номенклатура ферментов.
Липиды, жиры, воски, фосфолипиды, гликолипиды, их структура и функции. Углеводы: моносахариды, олигосахариды, полисахариды, пектиновые вещества.
Мембраны, их структура и функции. Плазмолемма и тонопласт. Состав, структура и функции ядра, цитоплазмы и ее органеллы (эндоплазматическая сеть, рибосомы, пластиды, митохондрии, диктиосомы, микротрубочки, сферосомы, лизосомы и другие). Понятия симпласта и апопласта.

1.2. Водный обмен растений
Содержание воды в растении. Состояние воды в клетке. Роль набухания в поглощении воды. Клетка как осмотическая система. Теория осмоса. Понятия о химическом потенциале воды и водном потенциале клетки. Зависимость между осмотическим давлением, тургорном давлении и сосущей силой клетки.
Корневая система как орган поглощения воды. Распространение корневой системы в почве. Поглощающие зоны корня. Активное поглощение воды и корневое давление. Возможные механизмы корневого давления. Гуттация и плач растений. Зависимость корневого давления от дыхания корней, аэрации и температуры почвы.
Формы воды в почве и их доступность растениям. Оптимальная влажность почвы. Влажность устойчивого завядания.
Размеры и роль транспирации в жизни растений. Лист как орган транспирации. Распределение и число устьиц. Механихм открывания и закрывания устьиц. Факторы, влияющие на ширину устьичной щели. Периодичность устьичных движений. Внеустьичная транспирация. Методы измерения транспирации. Интенсивность транспирации, продуктивность транспирации и транспирационный коэффициент. Суточный ход транспирации и ее зависимость от метеорологических условий, влажности и температуры почвы.
Верхний и нижний двигатели потока воды в растениях. Сосущая сила атмосферы. Непрерывность водной фазы в растении от корневых волосков до межклетников листьев. Натяжение водных нитей при транспирации. Силы сцепления (водородные связи) между молекулами воды. Движение воды в системе почва - растение - атмосфера по градиенту водного потенциала.
Водный баланс растения. Водный дефицит растения и его влияние на водообмен и другие физиологические процессы. Последствия завядания. Особенности водообмена у ксерофитов и мезофитов. Физиологические основы орошения. Обоснование поливных норм, сроков и способов полива. Физиологические показатели, используемые при назначении сроков полива.

1.3. Минеральное питание растений
Методы исследований физиологической роли отдельных элементов минерального питания. Метод водных и песчаных культур. Питательные смеси, принципы их составления для разных средств и различных растений. Физиологически кислые и щелочные соли. Действие на растение одно- двухвалентных ионов. Взаимное действие ионов на растения (антагонизм, синергизм).
Необходимые растению микро- и макроэлементы, их усвояемые соединения и физиологическая роль. Питание растений азотом. Источники азота для растений. Особенности нитратного и аммонийного питания. Восстановление нитратов в корнях и листьях. Усвоение азота мочевины разными растениями.
Физиологические расстройства при недостатке отдельных элементов. Диагностика минерального питания растений.
Корневая система как орган поглощения минеральных элементов. Обменная адсорбция ионов как первый этап поглощения. Гипотезы о механизмах активного поглощения ионов (против электрохимического градиента)
Корневые выделения и растворяющая способность корней различных растений. Аллелопатическое взаимодействие культурных растений и сорняков.
Свойства почвы как среды минерального питания растений. Зависимость поглощения и ассимиляции солей от фитосинтеза, дыхания, роста и развития. Влияние на поглощение состава, концентрации и рН раствора, его аэрации и температуры. Особенности усвоения отдельных элементов. Потребление солей в разные периоды роста и развития. Физиологические основы применения удобрений. Возможности внекорневого питания растений минеральными солями. Выращивание растений без почвы.

1.4. Фотосинтез
Лист как орган фотосинтеза. Хлоропласты, их состав, структура, свойства и функции. Хлорофиллы и каратиноиды, строение их молекул, физические и химические свойства и состояние в хлоропластах. Спектры поглощения хлорофиллов и каратиноидов. Роль каратиноидов. Функциональные комплексы пигментов.
Световые и темновые реакции в фотосинтезе. Фотосинтез как окислительно-восстановительный процесс. Поглощение квантов света молекулами пигментов и миграция энергии возбуждения к фотохимическим центрам. Фотосистемы І и ІІ. Фотолиз воды. Потоки электронов и протонов, образование АТФ и восстановление НАДФ. Механизм фотосинтетического фосфорилирования.
Биохимия усвоения СО2. Путь углерода. Особенности фотосинтеза у С4 растений. Метаболизм карбоновых кислот у толстянковых (САМ - метаболизм). Другие пути превращения углерода в фотосинтезе. Фотодыхание. Энергетическая роль фотодыхания.
Методы определения скорости (интенсивности) и продуктивности фотосинтеза. Внешние и внутренние факторы, влияющие на скорость фотосинтеза. Влияние интенсивности света. Светолюбивые и теневыносливые растения. Компенсационные точки. Влияние на фотосинтез концентрации углекислого газа, температуры, влажности и минерального питания.
Зависимость фотосинтеза от видовых и сортовых особенностей растений, возраста листьев и фазы развития растений. Суточный ход фотосинтеза в зависимости от метеорологический условий. Особенности дневного хода фотосинтеза у разных экологических групп растений.
Фотосинтез и урожай. Посев как фотосинтетическая система. Пути повышения интенсивности и продуктивности фотосинтеза в посевах. Влияние густоты стояния и структуры растений, особенностей расположения листьев в пространстве, способов посева и посадки, направления рядков, удобрений, орошения. Фотосинтетический потенциал посева. Возможная максимальная продуктивность фотосинтеза в основных почвенно-климатических зонах Украины. Выращивание растений при искусственном освещении.

1.5. Дыхание растений
Общая характеристика дыхания и его значение в жизни растения. Теории биологического окисления и восстановления. Современные представления о механизме окисления и восстановления. Митохондрии как органеллы аэробного дыхания. Дыхательные ферменты: анаэробные и аэробные дегидрогеназы, оксидазы, цитохромная система, карбоксилазы. Пероксидазы. Каталазы.
Анаэробная фаза дыхания и виды брожений у высших растений при отсутствии кислорода. Анаэробная фаза дыхания. Цикл ди- и трикарбоновых кислот. Пентозофосфатный цикл. Цепь переноса электронов и сопряжение окисления с образованием АТФ. Использование промежуточных продуктов окисления, АТФ и восстановленных ферментов для биосинтеза аминокислот, белков, жиров, нуклеиновых кислот и других веществ. Дыхание за счет жиров и белков.
Методы определения интенсивности дыхания и дыхательного коэффициента. Коэффициенты дыхания различных субстратов. Зависимость дыхания от газового состава, температуры, влажности и других условий среды. Дыхательный газообмен фитоценозов и его роль в продукционном процессе. Регулирование дыхания хранимых сельскохозяйственных продуктов.

1.6. Синтез, превращение и передвижение органических веществ в растении
Биосинтез углеводов. Ферменты углеводного обмена. Взаимное превращение углеводов в растениях. Биосинтез жиров. Липазы. Взаимопревращение жиров и углеводов. Распад и окисление жиров.
Первичные аминокислоты и амиды. Незаменимые аминокислоты. Биосинтез белков. Транскрипция и трансляция. Функционирование рибосом. Распад белков. Протеолитические ферменты. Окисление аминокислот. Конституционные и запасные вещества.
Биосинтез превращений веществ в растении. Лист как основной орган биосинтезов. Роль корня в биосинтезах. Биосинтез в других органах и тканях. Передвижение органических веществ в растении. Пути и скорость оттока веществ из листьев в запасающие ткани и органы. Транспортные формы веществ. Аттрагирующее действие растущих и запасающих тканей и органов. Современные представления о механизмах передвижения органических веществ (диффузия, активная диффузия, активный перенос); передвижение по апопласту и симпласту. Передвижение веществ как сложный и регулируемый растениями процесс.

1.7. Рост и развитие растений.
Понятие о росте и развитии. Этапы индивидуального развития (онтогенез). Внутренние и внешние факторы роста и развития.
Генотип, норма реакции, фенотип. Генетическая программа роста и развития.
Регуляторы роста. Ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизины, этилен. Физиология и биохимия прорастания семян. Зоны роста корня и стебля. Фазы роста клеток и их биологическая и физиологическая характеристика. Зависимость дифференциации клеток от их местоположения. Культура клеток тканей и органов растений, ее теоретическое и практическое значение. Тотипотентность растительных клеток.
Координация и корреляция растением роста тканей и оррганов. Доминирующее влияние верхушек стебля и корня (апикальное торможение). Физиологическая природа этого влияния. Хирургические и химические способы управления ростом растений. Полярность клеток, тканей, органов и растения. Значение полярности при укоренении черенков.
Ростовые и тургорные движения органов растений. Круговые движения (нутации) верхушек растущих органов. Настии, их виды. Тропизмы и их виды. Изменение тропизмов в онтогенезе, значение тропизмов в растениеводстве. Нарушения тропизмов при повреждениях растений. Движения за счет вторичного роста. (геофилия).
Методы измерения скорости роста. Зависимость роста от внутренних факторов (наследственные особенности, полиплоидия, гетерозис, возрастное состояние). Зависимость роста от внешних факторов. Влияние температуры на рост. Минимальные, оптимальные и максимальные температуры для роста разных растений в различные периоды их развития. Ускорение развития однолетних озимых, двулетних и многолетних растений при предварительном воздействии на них низких положительных температур (яровизация). Количественные и качественные реакции растений на яровизацию.
Реакции растений на соотношение длины дня и ночи (фотопериоды). Фотопериодическая индукция зацветания растений. Фитохромная система и фотопериодизм. Фотопериодические группы растений. Физиология цветения и оплодотворения. Влияние развивающихся семян на рост околоплодника. Естественная и искусственная партенокарпия.
Морфологические, физиологические и биохимические признаки общих возрастных изменений у растений. Физиология старения растений. Старение и омоложение растений и их органов в онтогенезе. Ранние признаки скороспелости.

1.8. Созревание семян, плодов и других продуктивных частей растений.
Физиолого-биохимические процессы при наливе и созревании злаков. Физиологические основы раздельной уборки злаков. Превращение веществ при созревании масличных семян.
Созревание сочных плодов. Особенности превращения веществ в сочных плодах. Способы ускорения созревания сочных плодов. Способы уменьшения предуборочного опадения плодов.
Рост и созревание клубнеплодов и корнеплодов. Формы транспортных и запасных веществ. Локализация синтеза крахмала, сахарозы и других запасных веществ.
Влияние агротехнических и почвенно-климатических условий на созревание, величину и качество урожая. Значение удобрения, орошения и приемов ухода за растениями. Основные закономерности изменения качества урожая в зависимости от почвенно-климатических условий. Качество растительных масел в зависимости от географических факторов.

1.9. Приспособление и устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды.
Приспособленность онтогенеза растений к условиям среды как результат их эволюционного развития (наследственность, изменчивость, отбор). Ритмичность и периодичность жизнедеятельности растений. Переход растений и их отдельных органов в состояние покоя как приспособление для переживания неблагоприятных условий. Виды покоя: предварительный, глубокий, вынужденный. Состояние клеток и тканей в период покоя. Физиологические основы покоя древесных и многолетних травянистых растений (озимых культур, семян, клубней, луковиц). Способы нарушения и продления покоя.
Защитно-приспособительные реакции против повреждающих воздействий. Возможность приспособления растений к неблагоприятным условиям среды (закаливание растений).
Холодоустойчивость растений. Физиолого-биохимические изменения у теплолюбивых растений при низких положительных температурах. Способы повышения холодоустойчивости растений при низких положительных температурах. Способы повышения холодоустойчивости растений. Морозоустойчивость растений. Условия и причины вымерзания растений, его фазы. Зимостойкость как устойчивость ко всему комплексу неблагоприятных факторов перезимовки. Выпревание, вымокание, гибель под ледяной коркой, выпирание, повреждения от зимней засухи.
Жароустойчивость растений. Изменения обмена веществ, роста и развития растений при действии максимальных температур. Способы повышения жароустойчивости растений. Засухоустойчивость растений. Физиологические особенности засухоустойчивости сельскохозяйственных растений. Критические периоды в водообмене разных растений. Пути повышения засухоустойчивости культурных растений. Физиологическое обоснование селекции на засухоустойчивость.
Полегание растений и его причины. Способы предупреждения полегания.
Солеустойчивость растений. Типы галофитов. Солеустойчивость культурных растений. Возможности ее повышения. Устойчивость растений против веществ, применяемых для борьбы с болезнями, вредителями и сорняками. Физиологические основы применения гербицидов.

Темы лабораторных занятий

Методические рекомендации

Кирпичев И.В., Косогова Т.М. Практикум по физиологии и основам биотехнологии. - Луганск: Элтон-2, 2004. - 131с.