аннотация - Кубанский государственный аграрный университет

1
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
АННОТАЦИЯ
РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
по дисциплине
ОПД.Ф.2 "Физиология растений"
(индекс и наименование дисциплины)
Код и направление
подготовки
110305.65 – Технология производства
и переработки с/х продукции
Квалификация
(степень) выпускника
специалист
Факультет
Перерабатывающих технологий
Кафедра-разработчик
физиологии и биохимии растений
Ведущий
преподаватель
доц. Доценко Клавдия Александровна
г. Краснодар, 2009
2
1. Цели и задачи дисциплины еѐ место в учебном плане
Цель дисциплины — формирование представлений, знаний и навыков по
физиологическим и биохимическим основам растений и формированию урожая
сельскохозяйственных культур.
Задачами дисциплины является изучение:
— физиологии и биохимии растительной клетки;
— фотосинтеза и дыхания растений;
— водного обмена и минерального питания растений;
— обмена и транспорта органических веществ в растениях;
— роста и развития, приспособления и устойчивости растений;
— физиологии и биохимии формирования качества урожая сельскохозяйственных
культур.
Дисциплина "Физиология растений" тесно связана с другими дисциплинами. Для еѐ успешного усвоения необходимы знания, полученные при изучении ботаники, химии (неорганической, аналитической, физколлоидной, органической), физики (свет, термодинамика, электричество). В свою очередь, курс
"Физиологии растений" является основой для изучения агробиологических дисциплин (растениеводство, плодоводство, овощеводство, виноградарство, кормопроизводство, технология переработки с/х продукции и
др)
2. Требования к уровню подготовки выпускника:
Выпускник должен знать:
законы, указы, постановления, нормативные материалы по производству
и переработки продукции растениеводства и животноводства;
- оптимальные параметры и режимы плодородия почв, содержание животных, переработки сельскохозяйственной продукции;
- технологии производства продукции растениеводства и животноводства;
- методы, способы и технологии хранения и переработки растениеводческой и животноводческой продукции;
- стандарты на продукцию растениеводства и животноводства;
- принципы устройства, работы и регулировки технических средств, применяемых при
производстве и переработки продукции растениеводства и животноводства;
- принципы и методы организации планирования и управления производством и переработки растениеводческой и животноводческой продукции;
- методы расчета экономической эффективности производства, переработки и реализации продукции растениеводства и животноводства;
— методы научных исследований, планирование и проведение экспериментов.
3
3. Содержание дисциплины
ВВЕДЕНИЕ
Предмет и задачи физиологии и биохимии растений. Место физиологии
растений в системе биологических дисциплин. Физиология растений как фундаментальная основа агрономических наук. Главнейшие этапы развития физиологии растений как науки, вклад в неѐ отечественных ученых. Основные
направления современной физиологии растений. Методы физиологии растений и уровни исследований.
1. ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ .
Клетка как структурная и функциональная единица живой материи.
Обмен клетки с окружающей средой веществом, энергией и информацией.
Принцип компартментации — основа жизнедеятельности клетки.
Химический состав, структура и функции клеточной стенки. Апопласт
и симпласт. Плазмодесмы, их строение и роль. Мембраны как основа строения клетки. Их состав, структура и функции. Плазмалемма и тонопласт.
Строение и функции ядра. Структурная организация наследственного
материала в хромосомах. Цитоплазматическая наследственность. Строение и
функции гиалоплазмы, полуавтономных органелл — хлоропластов (и других
пластид) и митохондрий, других органоидов клетки: эндоплазматической сети, аппарата Гольджи, лизосом, сферосом, рибосом, микротрубочек, микрофиламентов и вакуоли.
Химический состав цитоплазмы и ее органелл. Аминокислоты. Белки,
их состав, структура и функции. Роль слабых связей в поддержании структуры и важнейших свойств макромолекул. Изоэлектрическая точка аминокислот и белков как показатель функционального состояния растительной клетки. Питательная ценность отдельных аминокислот. Проблема селекции на качество белков в зерне важнейших сельскохозяйственных культур. Иммунитет
и белки.
Ферменты, их биологическая роль, химическая природа, принцип действия, активность, специфичность, классификация. Одно- и двухкомпонентные ферменты. Витамины как простетические группы и коферменты. Кинетика ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса—Ментен. Локализация
ферментов в клетке. Мультиферментные комплексы. Регуляция ферментативной деятельности в клетке путем синтеза или изменения активности. Изоферменты.
Нуклеотиды. АТФ. Нуклеиновые кислоты. Структура и функции ДНК,
м-РНК, т-РНК, р-РНК. Биосинтез белка. Три этапа и их локализация в клетке.
Регуляция синтеза белков.
Проницаемость клеточных мембран для веществ различной химической
природы. Мембранные переносчики белковой и небелковой природы. Пассивный и активный транспорт веществ. Закономерности диффузии, осмоса.
2. ВОДНЫЙ ОБМЕН РАСТЕНИЙ
Вода: структура, состояние в биологических объектах и значение в
4
жизнедеятельности растительного организма.
Термодинамические основы водообмена растений. Водный потенциал и
его составляющие. Роль набухания в поглощении воды. Клетка как осмотическая система. Движение воды в системе почва — растение — атмосфера по
градиенту водного потенциала.
Поглощение воды растением. Почва как среда водообеспечения растений. Двигатели и путь водного потока в целостном растений. Корневое давление, его размеры и зависимость от внутренних и внешних условий.
Транспирация, ее размеры и биологическое значение. Кутикулярная и
устьичная транспирация. Физиология устьичных движений. Методы измерения интенсивности транспирации. Зависимость транспирации от условий среды, суточный ход. Пути снижения уровня транспирации.
Водный баланс растений. Водный дефицит и его влияние на водообмен
и другие физиологические процессы. Последействие завядания. Влияние на
растение избытка влаги в почве.
Значение воды для формирования урожая с.-х. культур. Эвапотранспирация. Транспирационный коэффициент и коэффициент водопотребления, зависимость от условий и пути снижения их величины. Физиологические основы орошения с.-х. культур. Физиологические показатели, применяемые для
установления необходимости полива. Использование параметров водообеспеченности при программировании урожаев.
3. ФОТОСИНТЕЗ
Планетарное значение фотосинтеза. Фотосинтез как основа биоэнергетики. Физико-химическая сущность фотосинтеза. Главные этапы развития
представлений о фотосинтезе.
Лист как орган фотосинтеза. Хлоропласты, их состав и строение. Пигменты хлоропластов, их химическая природа и оптические свойства.
Световая фаза фотосинтеза. Организация и функционирование пигментных систем. Фотоокисление воды.
Метаболизм углерода при фотосинтезе (темновая фаза). Восстановительный пентозофосфатный цикл (цикл Кальвина). Особенности фотосинтеза
у С3- и С4-растений. Фотосинтез по типу толстянковых (САМ-метаболизм).
Зависимость фотосинтеза от внутренних и внешних факторов. Компенсационные точки, возможные пути использования в селекционном процессе.
Фотосинтез как основа продуктивности с.-х. растении. Возможные пути повышения фотосинтетической активности сельскохозяйственных культур. Соотношение между скоростью ассимиляции углекислоты и активностью отдельных звеньев фотосинтеза. Интенсивность фотосинтеза и общая биологическая продуктивность растительных организмов. Регуляция фотосинтеза на
уровне органа и целого растения.
Посевы и насаждения как фотосинтезирующие системы. Параметры
оценки фитоценозов: фотосинтетический потенциал, чистая продуктивность,
индекс листовой поверхности, КПД фотосинтеза, биологическая и хозяй-
5
ственная продуктивность. Параметры оптимального посева. Влияние густоты
стояния растений и структуры посева, особенностей расположения листьев в
пространстве, удобрений и орошения на энергетическую эффективность агрофитоценозов. Использование показателей фотосинтетической деятельности
при программировании урожая.
4. ДЫХАНИЕ РАСТЕНИЙ
Биологическое окисление — дыхание и брожение, их отличие от окисления в неживой природе (горения). Значение дыхания в жизни растении.
Химизм дыхания. Гликолиз, его регуляция и энергетика.
Аэробная фаза дыхания. Цикл Кребса (ди- и трикарбоновых кислот), его
регуляция и энергетика. Дыхательная электронтранспортная цепь. Окислительное фосфорилирование на уровне субстрата и в электронтранспортной
цепи. Механизм сопряжения транспорта электронов с синтезом АТФ. Баланс
энергии при дыхании. Роль дыхания в биосинтетических процессах. Интенсивность дыхания и ее зависимость от внешних и внутренних факторов. Дыхание больного растения. Методы учета дыхания. Дыхательный коэффициент
и методы его определения. Зависимость ДК от дыхательного субстрата, обеспечения тканей кислородом.
Регулирование дыхания при хранении семян и сочной продукции. Дыхательный газообмен как слагаемое продукционного процесса. Дыхание на
рост и на поддержание. Оптимизация взаимосвязи дыхательного и фотосинтетического газообмена посевов.
5. МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ
Необходимые растению макро- и микроэлементы, их усвояемые соединения и физиологическая роль. Физиологические нарушения при недостатке
отдельных элементов. Принципы диагностики дефицита питательных элементов. Ионный транспорт в целом растений. Радиальное перемещение ионов в
корнях (движение по апопласту, симпласту). Перемещение ионов на дальние
расстояния по ксилеме и флоэме. Некорневое питание растений. Поглощеиие
ионов клетками листа. Отток ионов из листьев. Перераспределение и реутилизация веществ в растений. Регулирование растениями скорости поглощения
ионов. Поглощение ионов из разбавленных и высококонцентрированных растворов. Ритмичность в поглощении ионов корнями растений. Взаимосвязь
между потоками ионов и воды в корне.
Особенности нитратного и аммонийного питания растений. Ассимиляция нитратного азота. Пути ассимиляции аммиака. Причины накопления избыточных количеств нитратов в растениях и пути их снижения в сельскохозяйственной продукции.
Минеральные вещества в фитоценозах и их круговорот в экосистеме.
Измерение параметров корневых систем в полевых условиях. Плотность и
распределение корней в почве. Почва как источник питательных элементов
для с.-х. культур. Влияние ризосферной микрофлоры на поглощение веществ.
6
Взаимодействие между растениями. Особенности питания растений в беспочвенной культуре (гидро-, аэропоника и т.п.). Физиологические основы применения удобрений.
6. ОБМЕН И ТРАНСПОРТ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В
РАСТЕНИЯХ
Специфика обмена веществ у растений. Метаболизм и метаболические
пути. Катаболические и анаболические процессы. Главные энергетические
продукты и основные метаболиты, образующиеся при распаде сложных органических веществ. Принципы осуществления анаболических реакций. Активирование метаболитов в ходе биосинтетических процессов. Роль макроэргических соединений и восстановленных нуклеотидов в реакциях синтеза веществ. Метаболические пути синтеза важнейших химических веществ в растительном организме.
Транспорт органических веществ — основной механизм взаимосвязи между биохимическими процессами, происходящими в различных органах и
тканях растений. Структурные элементы флоэмы и их функции. Состав флоэмного сока и интенсивность его перемещения в растений. Биохимический
механизм формирования акцепторных зон и их взаимодействия с клетками и
тканями — донорами. Основные научные гипотезы, объясняющие транспорт
веществ по сосудам флоэмы. Механизм переноса органических веществ от
фотосинтезирующих клеток к ситовидным трубкам и от ситовидных трубок к
акцепторным клеткам. Регуляция транспорта веществ.
Способы регулирования транспорта веществ с целью повышения урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции.
7. РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ
Понятие об онтогенезе, росте и развитии растений. Онтогенез и его периодизация, Клеточные основы роста и развития. Фитогормоны как факторы,
регулирующие рост и развитие целостного растения. Химическая природа
фитогормонов и их биосинтез в растениях. Локализация биосинтеза фитогормонов в растений. Передвижение (транспорт) фитогормонов. Особенности
действия фитогормонов на рост тканей и органов, формирование семян и
плодов. Физиологические функции фитогормонов. Фитогормоны и стрессовое состояние растений. Взаимодействие фитогормонов. Влияние фитогормонов на рост и морфогенез растений. Инактивация фитогормонов в растениях.
Механизм действия фитогормонов. Использование фитогормонов и физиологически активных веществ в сельскохозяйственной практике.
Биотехнология. Основы молекулярной и клеточной биотехнологии. Регенерация растений. Возможности метода культуры клеток и тканей в
Локализация роста у высших растений. Зависимость роста от внутренних факторов. Ростовые явления. Методы измерения скорости роста. Зависимость роста от экологических факторов. Свет как фактор, регулирующий рост
и развитие растений. Влияние температуры на рост. Влияние на рост влажно-
7
сти почвы и воздуха. Необратимые нарушения роста. Ритмы физиологических
процессов. Движение растений. Фототропизм. Геотропизм. Другие виды тропизмов. Настии.
Развитие растений. Морфологические, физиологические и биохимические признаки общих возрастных измерений у растений. Яровизация. Фотопериодизм. Физиология старения. Циклическое старение и омоложение растений и их органов в онтогенезе. Понятие о росте целостного растения.
Управление генеративным развитием и старением растений. Особенности роста растений в ценозе. Регуляция роста и онтогенеза.
Физиология формирования плодов, семян и других продуктивных частей растений. Физиология цветения. Физиология опыления и оплодотворения. Формирование семян как эмбриональный период онтогенеза растений.
Накопление и превращение веществ при формировании семян. Взаимодействие вегетативных и репродуктивных органов в процессе формирования семян. Превращение веществ при созревании сочных плодов. Влияние внутренних и внешних факторов на качество семян.
Физиология покоя семян. Типы покоя семян и факторы их обусловливающие. Экзогенный покой. Эндогенный покой. Прекращение покоя семян.
Процессы, протекающие при прорастании семян. Физиологические основы
хранения семян, плодов, овощей, сочных плодов и грубых кормов.
8. ПРИСПОСОБЛЕНИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ
Границы приспособления и устойчивости. Защитно-приспособительные
реакции растений на действие повреждающих факторов. Обратимые и необратимые повреждения растений, их тканей и органов. Изменения физикохимических и функциональных свойств растительных клеток и тканей при
повреждениях и процессы адаптации. Критические периоды воздействия
стрессовых условий на растение. Пороги факторов внешней среды, после которых существенно страдает продукционный процесс. Адаптивный потенциал
растений.
Холодостойкость. Физиолого-биохимические изменения у теплолюбивых растений при пониженных положительных температурах. Приспособление растений к низким положительным температурам. Способы повышения
холодостойкости растений.
Морозоустойчивость. Условия и причины вымерзания растений. Закаливание растений, его фазы. Обратимость процессов закаливания. Способы
повышения морозоустойчивости. Методы изучения морозоустойчивости растений.
Зимостойкость. Зимостойкость как устойчивость ко всему комплексу
неблагоприятных факторов перезимовки. Выпревание. Вымокание. Гибель
под ледяной коркой. Выпирание. Повреждение от зимней засухи. Способы
повышения зимостойкости растений. Меры предупреждения гибели озимых
хлебов. Методы определения жизнеспособности сельскохозяйственных культур в зимний и ранневесенний периоды.
8
Влияние на растение избытка влаги (устойчивость к переувлажнению).
Факторы устойчивости против затопления.
Полегание растений и его причины (устойчивость к полеганию). Способы предупреждения полегания.
Засухоустойчивость растений. Совместное действие недостатка влаги и
высокой температуры на растение. Особенности водообмена у ксерофитов и
мезофитов. Влияние на растения недостатка влаги. Физиологические основы
(особенности) засухоустойчивости сельскохозяйственных растений. Предпосевное повышение жаро- и засухоустойчивости. Диагностика жаро- и засухоустойчивости. Критические периоды в водообмене разных растений. Пути
повышения засухоустойчивости культурных растений. Орошение как радикальное средство борьбы с засухой.
Солеустойчивость растений. Влияние засоленности на растения, механизмы толерантности. Типы галофитов. Солеустойчивость культурных растений. Диагностика солеустойчивости растений. Возможности повышения солеустойчивости
Устойчивость сельскохозяйственных растений к действию биотических
факторов. Аллелопатические взаимодействия в ценозе. Аллелопатическое
взаимодействие культурных растений и сорняков. Возможности ослабления
негативных аллелопатических эффектов за счет условий питания, водообеспечения и создания специфических фитоценозов.
Проблема комплексной устойчивости сортов и гибридов сельскохозяйственных растений к биотическим и абиотическим факторам.
9. ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА
УРОЖАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
Накопление определенных химических веществ — основной механизм
формирования качества урожая сельскохозяйственных культур. Роль генетических и внешних факторов в интенсификации синтеза запасных веществ в
продуктивных органах растений. Основные физиолого-биохимические процессы, происходящие при формировании продуктивных органов зерновых,
зернобобовых, масличных, овощных, плодово-ягодных культур, картофеля,
корнеплодов, кормовых трав. Влияние природно-климатических факторов и
погодных условий на химический состав растений. Изменение качества урожая сельскохозяйственных культур в зависимости от условий минерального
питания.
Оптимизация синтеза белков, сахаров, органических кислот, липидов,
витаминов в запасающих тканях растений. Пути улучшения питательной ценности и качественного состава белков, липидов, углеводов и других ценных
веществ, определяющих качество урожая сельскохозяйственных культур.
Формирование в ходе выращивания растений оптимального соотношения
белков и углеводов, сахаров и органических кислот, липидов и витаминов, а
также количественного и качественного состава минеральных веществ. Биохимические подходы в разработке приемов повышения экологической чисто-
9
ты растительной продукции.
4. Общая трудоемкость дисциплины
Виды учебной работы
Аудиторные занятия:
лекции
лабораторные занятия
Самостоятельная рабоВсего
та: по дисциплине
Вид итогового контроля
Очная форма,
2-й курс
50
20
30
80
130
Экзамен
Заочная форма, 2-й курс
14
6
8
116
130
Экзамен