Газоустойчивость - это способность растений сохранять жизнедеятельность при действии вредных газов. Токсичные газы, попадая в листья, образуют кислоты или щелочи. Это приводит к изменению рН цитоплазмы, разрушению хлорофилла, нарушению клеточных мембран. Для разных видов растений характерен свой безопасный для жизнедеятельности уровень накопления токсичных газов. Так, лох, тополь и клен более устойчивы к хлору и сернистому газу (SO2), чем липа и каштан. Растения, устойчивые к засолению и другим стрессорам, имеют более высокую газоустойчивость.
Газоустойчивость растений повышается при оптимизации минерального питания и водоснабжения, а также в результате закаливания семян. Замачивание семян в слабых растворах соляной и серной кислот повышает устойчивость растений к кислым газам.
4. Экспрессия генома как фактор реализации генетических программ. Полярность. Ростовые корреля-ции. Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Экспрессия генов может регулироваться на всех стадиях процесса: и во время транскрипции, и во время трансляции, и на стадии посттрансляционных модификаций белков. Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации. Экспрессия генов является субстратом для эволюционных изменений, так как контроль за временем, местом и количественными характеристиками экспрессии одного гена может иметь влияние на функции других генов в целом организме.
Поляризация биологических структур – это ориентация процессов и структур в пространстве, то есть физиолого-биохимические и анатомо-морфологические свойства изменяются в определенном направлении. Поляризация вызывается градиентами осмотического давления, рН, концентрации кислорода, углекислого газа, гормональными, электрическими и трофическими контактами с соседними клетками, механическим давлением. В результате в клетках реализуются именно те потенции, которые соответствуют окружающим условиям («эффект положения»). У растительных клеток найдены рецепторы фитогормонов, позволяющие клеткам оценивать их состав и количество в окружающей среде. При культивировании клеток в искусственной среде установлен "эффект массы". Единичная изолированная клетка редко переходит к делению. Чем гуще суспензия клеток, тем большее их число начинает делиться. Для дифференциации большое значение имеет наличие в клеточной стенке белков лектинов, участвующих в узнавании и взаимодействии клеток.
Ростовые корреляции – это зависимость роста и развития одних органов от других. Самый простой тип корреляции связан с питанием. Развитие побега зависит от корня, поставляющего минеральные вещества и воду. В свою очередь, побег поставляет в корень органические соединения. Основную роль играют гормональные взаимодействия между частями растения. Примером гормональной регуляции служит явление апикального доминирования – торможения верхушкой побега или корня развития соответственно пазушных почек или боковых корней. Апикальное доминирование обусловлено тем, что точка роста побега, содержащая большое количество ауксина, является мощным аттрагирующим центром, притягивающим питательные вещества и цитокинин, синтезированный в корне. Кроме того, ауксин задерживает образование проводящих пучков, соединяющих боковые почки с центральной проводящей системой. Удаление верхушки побега стимулирует этот процесс, а приток цитокинина к пазушным почкам усиливает в них клеточные деления. Формирующиеся в боковых почках листовые зачатки начинают синтезировать ауксин, необходимый для дальнейшего развития боковых побегов. Ростовые корреляции используются в растениеводстве для получения большего количества продукции. Например, пасынкование – удаление боковых побегов у томатов – способствует образованию более крупных плодов, пикировка – обрывание кончиков корней при пересадке рассады овощей – увеличивает число боковых корней.
Процессам роста, как и другим физиологическим явлениям, свойственна периодичность, которая вызывается как особенностями самих процессов, так и факторами внешней среды. Наиболее распространены процессы с периодичностью около суток: изменения митотической активности в меристемах, фотосинтез, дыхание, открытие и закрытие цветков и так далее. Суточные ритмы связаны с суточными колебаниями освещенности и температуры. Сложившаяся периодичность физиологических процессов сохраняется у растений некоторое время после изменения условий среды. Поэтому эти ритмы названы эндогенными. Кроме суточной для растений характерна сезонная периодичность.
15. Возможности культуры клеток и тканей в растениеводстве. Биология растительной клетки вне организма (in vitm) - очень молодой, бурно развивающийся раздел физиологии растений. Термин in vitro (дословно «в стекле») означает, что объекты выращиваются изолированно от целого организма и стерильно, т. е. в асептических условиях. Впервые растущая культура клеток моркови была получена в лаборатории Р. Готре (Франция) всего чуть более полувека назад. Вначале исследователи изолированных растительных клеток не придавали практического значения своим работам. Однако сейчас почти все современные растительные биотехнологии основаны на культуре клеток растений. У истоков многих работ в области культуры клеток высших растений стояли отечественные ученые. Созданная членом-корреспондентом Р. Г. Бутенко в конце 50-х годов XX в. лаборатория изолированных тканей и органов растений (впоследствии Отдел биологии клетки и биотехнологии) Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева Российской академии наук (ИФР РАН) - пионер в области изучения культур клеток высших растений. Культура клеток высших растений - уникальная биологическая система. Культуру клеток высших растений получить, на первый взгляд, очень просто. Достаточно в асептических (стерильных) условиях взять кусочек любого органа или ткани растения и поместить на специально подобранную твердую (с добавлением агар-агара) питательную среду. В составе среды должны быть минеральные соли, сахар (для питания клеток) и, главное, - регуляторы роста (фитогормоны). Через какое-то время произойдет дедифференциация - клетки потеряют свою исходную специализацию. Это означает, что они перестанут быть, к примеру, «клеткой листа» или «клеткой паренхимы стебля», а станут своеобразными «унифицированными» растительными клетками (иногда их называют меристемоподобными клетками). Затем эти «унифицированные» клетки начинают делиться - образуется каллусная культура клеток. Последняя представляет собой сообщество делящихся и растущих клеток («каллусной» она называется из-за сходства с каллусом - раневой тканью растения; образование каллуса - первая стадия формирования каллусной культуры клеток). После определенного периода роста (обычно около месяца) небольшую часть каллуса пересаживают на свежую питательную среду для нового ростового цикла. Таким способом, т. е. серией пересадок, постоянно поддерживается растущая культура клеток растений. Каллусные клетки можно с твердой среды пересадить в жидкую среду и поставить колбы на качалку (шейкер). Клетки каллусной культуры в этих условиях отделяются друг от друга, и через некоторое количество пересадок обычно образуется суспензионная культура клеток, в которой клетки и небольшие их агрегаты растут подобно микроорганизмам. Наконец, в особых случаях из клеток каллусной или суспензионной культуры можно получить протопласты - клетки, лишенные клеточной стенки. С этой целью клетки необходимо обработать растворами специальных ферментов. Получение протопластов важно для решения ряда практических задач.
22=30 Действие пестицидов на растения. Огромный вред раст. наносят химические пестициды (инсектициды, фунгициды, гербициды) и некачественные минеральные удобрения как в открытом, так и в закрытом грунте. Тем более, что только 1 – 2% от использованного препарата оказывает полезное действие. Остальная часть его остается на растении, угнетая его развитие, сокращая период вегетации и плодоношения либо попадая на почву, убивает, полезную микрофлору, останавливая естественный процесс гниения и ферментации растительных остатков.Другим отрицательным эффектом действия пестицидов является уничтожение насекомых опылителей. Около 80 % всех цветковых растений опыляются насекомыми: пчелами шмелями и другими полезными насекомыми, которые составляют всего около 20 % всех видов насекомых. Особенно большой вред наносят ядохимикаты при их использовании в тепличном хозяйстве, где обработки пестицидами проводят не 1- 2 раза и до появления завязи на растениях (как это требуют инструкции), а до 30 раз за вегетационный период. И что самое печальное – обработки проводят за несколько дней до уборки урожая огурцов, томатов, перец и зеленых культур. При такой борьбе с вредителями сам выращенный продукт становится вредным для здоровья человека, поскольку весь пропитан сильнейшими ядами. Многие пестициды изменяют пищевую ценность растений – в моркови отсутствует каротин (данные Ленфам предприятия), в яблоках – ферменты и витамины. Большое содержание нитратов в овощных культурах снижает способность к длительному хранению и вредит здоровью грунта. Известно, что овощи, выращенные в закрытом грунте с применением пестицидов хранятся, даже в холодильнике, намного хуже, чем те, что выращены на грядке без их применения.
Доказано, что пестициды способны изменить даже техническую структуру растений, вызвать повреждения растений их стерильность, морфозы вегетативных генетических органов. Пестициды могут резко изменить агротехнические качества возделываемых культур. В то же время подавленные пестицидами формы вредных насекомых в любом агроценозе составляет не более доли процента от общего числа видов. Поэтому при применении пестицидов поражаются в основном не только объекты, но и множество других видов, которые являются сдерживающим фактором и уничтожение которых приводит и вспышке численности подавляемых форм. К этому следует добавить, что практически все виды насекомых вырабатывают резистентность (от латинского – противоздействие, устойчивость) к используемым пестицидам, заставил разрабатывать и применять все более токсичные и дорогие препараты. Характерно, что резистентность возникает по всем группа пестицидов независимо от их химического состава.
6. Необратимые нарушения роста. Карликовость и гигантизм. 6) Гигантизм и карликовость некоторые исследователи не без основания считают уродствами. Однако, учитывая особую значимость проблемы гигантизма и карликовости для современного растениеводства, целесообразно выделить этот вид аномалий роста в особую группу. К тому же и растения-гиганты, и растения-карлики сохраняют обычно нормальный тип строения, отличаясь лишь размером своих органов. Аномалии, связанные с деформацией органов и с изменением их числа, выделяются в другую группу. В ряде случаев полезные ископаемые удается обнаружить благодаря ускоренному росту растений и их гигантским формам. Гигантизм у растений отмечается при некотором избытке в среде бора. В Казахстане, например, на почвах, содержащих около 0,01 % этого элемента, наблюдаются гигантские формы изеня (Косhia prostrata). Это растение из семейства маревых достигает 90 см в высоту и имеет вид многостебельных кустов. В 2-3 раза выше нормы бывают полыни, терескен, кермеки, многие солянки. Кобальт, входящий в состав витамина В12 и способствующий фиксации атмосферного азота симбиотическими микроорганизмами, относится к числу микроэлементов, необходимых для нормальной жизнедеятельности растений. Неудивительно, что на некоторых месторождениях кобальта отмечается стимуляция роста растений. Так, например, у кизильника (Cotoneaster), который, как и бурачок двусемянный, тяготеет к выходам на поверхность кобальтовых руд, размер листовых пластинок в 2-4 раза превосходит нормальный, а диаметр и высота стволов в 3-5 раз больше обычных. Гигантизм возникает у некоторых растений и при наличии в среде тория. На почвах, содержащих повышенные количества этого элемента, у осины (Populus tremula) листья достигали 30 см в поперечнике, а диаметр ствола - 70 см. И это не единственный случай. Имеется сообщение о гигантизме ольхи и березы, произраставших в районе ураноториевого месторождения. Стимуляция роста растений под влиянием радиоактивных элементов - довольно частое явление. Однако обычно оно наблюдается при низких их концентрациях. Высокие дозы угнетающе действуют на растения, замедляют их рост, что продемонстрировали опыты с горохом (Pisum sativum). На полной питательной среде, включавшей бор и марганец, высота растений достигала 80 см. Когда в питательную среду добавлялся подвижный торий в концентрации 10-5-10-4%, растения вырастали до 110 см. При добавлении его в дозе 10-2% высота растений была менее 60 см.
Кроме того, в области геохимического воздействия месторождений нефти и газа встречаются различные соединения бора, которые, как уже отмечалось, сами по себе могут вызывать гигантизм, и иодиды. Поскольку дифференцировать действие каждого из этих компонентов на рост растений довольно трудно, ученые предпочитают говорить о влиянии битумно-боратно-галоидного комплекса веществ, существующего в зоне нефтегазоносных месторождений.
При обогащении угля флотационным методом на обогатительных фабриках скапливаются миллионы тонн шламов, которые представляют собой не что иное, как остатки ископаемой почвы, довольно богатой калием, фосфором и многими микроэлементами. Внесение таких шламов в качестве удобрений существенно влияет на плодородие почв: урожаи, собранные с них, на 20-30% выше. Эти исследования объясняют, почему на залежах каменного угля некоторые растения достигают гигантских размеров. Более интенсивный рост растений позволяет обнаружить и кимберлитовые трубки, скрывающие алмазы. Порода, содержащая алмазы, более минерализована, чем окружающая ее. Обычно она включает ценные для растений элементы: фосфор (компонент апатита), калий (компонент слюды), ряд микроэлементов. Наряду с гигантизмом всего организма у растений под влиянием некоторых элементов наблюдается гигантизм отдельных органов. Так, например, у калифорнийского мака при избытке йода развивается гигантизм цветков.
Приведенные примеры показывают, что довольно часто присутствие в почве некоторых полезных ископаемых приводит к хорошо заметной стимуляции роста растений. Возникающий при этом гигантизм обусловлен действием вполне определенных внешних факторов (элементов минерального питания, физиологически активных веществ и т. д.). По этой причине гигантизм растений, вызванный присутствием в почве и материнской породе некоторых химических элементов, а также залежами каменного угля, нефти, газа, алмазов и т. п., можно отнести к физиологическому типу. Довольно часто под влиянием тех или иных химических элементов у растений наблюдается торможение роста, что внешне проявляется в карликовости всего организма или отдельных его органов. Важно отметить, что карликовость нередко вызывается теми же элементами, что и гигантизм. Различие в действии одного и того же фактора на растения обусловлено разными концентрациями элемента и чувствительностью к нему растений. При избытке бора солерос (Salicornia) из семейства маревых приобретает низкорослую подушкообразную форму. Карликовыми становятся и другие обитатели пустынь: полыни, кермеки, терескен, солянка натронная (Salsola nitraria). Месторождения железных руд иногда угнетают древесные растения, которые становятся низкорослыми, со слаборазвитой корневой системой. Карликовость вызывает также избыток радиоактивных элементов, цинка, меди и свинца. Например, растения калифорнийского мака уменьшаются вдвое при избытке меди, а смолевка, поглотив много свинца, становится карликовой. Сравнительно высокое содержание в почве или воде урана способствует резкому замедлению роста растений, уменьшению размеров их листьев, ветвей и плодов. Аналогичную реакцию вызывает избыток тория. Наряду с карликовостью всего организма под влиянием некоторых элементов наблюдается карликовость отдельных частей растений. На побегах нормальных деревьев возникает большое количество тонких укороченных веточек с недоразвитыми листьями - картина, напоминающая ту, которая бывает при заболевании, известном под названием ведьмины метлы. КАРЛИКОВОСТЬ РАСТЕНИЙ, нанизм, низкорослость, общее недоразвитие растений; одна из форм гипоплазии. Причиной К. р. чаще всего бывают неблагоприятные абиотич. факторы: недостаток в почве осн. элементов минер, питания (азота, фосфора, калия) или микроэлементов (гл. обр. бора, а также серы, железа, марганца); недостаток влаги; сильная засолённость почв (напр., избыток солей натрия), особенно в засушливых условиях; сильное уплотнение почвы и др. Карликовость древесных растений обычно наблюдается в сев. и высокогорных р-нах, для к-рых характерны бедность почв, недостаток или недоступность почв, влаги, а также неблагоприятные для древесной растительности климатич. условия. Напр., на Крайнем Севере и в горах, особенно на каменистых россыпях, часто встречаются сосны, ели и деревья др. пород, рост к-рых в возрасте 50 и более лет не превышает 1 —1,5 м. К. р. может быть вызвана и патогенными микроорганизмами. Как правило, она представляет собой не-специфич. симптом самых разных инфекц. болезней растений. Так, сильное угнетение роста наблюдается при мн. микоплазменных болезнях (напр., при карликовости шелковицы, желтухе астр), системных вирусных заболеваниях (инфекц. хлорозе малины, ямчатости древесины косточковых), диффузном поражении растений головнёвыми грибами, нек-рых бактериозах. Общее недоразвитие растений при инфекц. болезнях может быть связано с непосредственным извлечением питательных в-в из тканей растения патогеном, распадом фотосинтезирую-щей ткани, нарушениями обменных процессов или баланса ростовых в-в. В отд. случаях К. р. бывает обусловлена генетич. факторами и может проявляться как наследств, признак нек-рых форм растений.
12. Термопериодизм. Фотопериодизм. Фитохромная система. Регуляция с участием фитохрома фотопе-риодической реакции, прерывания покоя, роста листьев. Период покоя Для раст на люб этапах онтоген. Сущ покой на эмбр стад и покой побегов раст. Семена мог ост-ся в сост покоя длит время. Разл физиол покой под кот пон задержку прораст, вызв св-ми зарод-й или окр их т-ни. Эндог покой опред гл обр св-ми зарод,т.е его морфол недоразв, особ физиол сост. Сост покоя регул балансом фитогормонов, стим и ингибир рост. Покой почек и побегов в больш степ, чем пок сем-н опред клим усл-и и явл приспос для перен неблагопр услов. У древ раст к зиме апексы побега прекр актив рост почечн чешуй прев-сь взим пок почки.Период покоя почки в завис от его причин подразд на 4 фазы: летний покой, у мног раст этот пок перех в зимн; пер постпокоя(почка не нах в сост вн покоя, но в теч нек врем почки не мог расти из-за неблаг темп условий).
На рост раст оказ влиян внеш факт:свет, темп,сила тяж, газ сост и мех воздействие. Свет. Рост раст мож проис как на свету,так и в темноте(этиолир раст).Наиб сил эффект оказ сине-фиол часть спектра. Этиоляция рег фитохромом.Темп.В прид 0-25oС влиян темп на рост подчин прв Вант-Гоффа,но свыше 45 oС скор роста сниж Разл тепло- и холодолюб рас.Макс для роста бол рас 35-45 oС.Газ сост. Для роста раст необход прис O2.Одноко кратковр сниж на ½ его сод знач не сказ на росте раст.Изб СО2 в атмосф возд прив к растяж к-х стенок и кратковр в теч неск час внил роста т-ни.Водн реж.Проц роста к-к растяж осуж путем вакуол при пост в к-ки воды, поэтому недост снабж к-к водой задерж. рост.Корни спос расти только в дост влаж почве, т-ни надзем частей раст защищ кутикул эпидем слоем.При длит нед воды в т-х фаза растяж зак быстрее, что прив к укор стебля и корня, к уменьш разм лист,к их мелкоклеточ. Мин пит. На рост раст благопр сказ высок сод в почве мин элем, особ N2, задерж проц диффер, закладку цветков.Чрезмерное удобрение сниж урож плод и зерн.
1. Определение понятий «онтогенез, «рост» и «развитие» растений. Общие закономерности роста.
2. Клеточные основы роста и развития. Локализация роста у растений. Типы роста у растений, фазы роста. Понятие о клеточном цикле. Рост клетки в фазе растяжения, механизм действия ауксина.
3. Дифференцировка клеток и тканей, процесс детерминации. Тотипотентность растительной клетки.
4. Экспрессия генома как фактор реализации генетических программ. Полярность. Ростовые корреляции.
5. Ритмы и скорость роста растений и отдельных органов. Большая кривая роста. Влияние внешних факторов на интенсивность роста.
6. Необратимые нарушения роста. Карликовость и гигантизм.
7. Явление покоя, его адаптивная функция. Типы покоя и факторы его обуславливающие.
8. Фитогормоны как факторы роста и развития растений. Основные группы фитогормонов: ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота, этилен. Новые гормонактивные соединения: брассиностероиды, жасмоновая и салициловая кислоты, системин и др. Локализация биосинтеза фитогормонов в растении и их транспорт. Особенности действия фитогормонов на растения.
9. Синтетические регуляторы роста и их природа и использование: гербициды, ретарданты, регуляторы созревания и покоя, дефолианты, морфактины.
10. Движения растений. Ростовые и тургорные движения растений. Тропизмы (фото-, геотропизм и др.). Гормональная природа тропизмов. Настии. Сейсмонастичеокие движения.
11. Основные этапы онтогенеза. Жизненный цикл растений.
12. Термопериодизм. Фотопериодизм. Фитохромная система. Регуляция с участием фитохрома фотопериодической реакции, прерывания покоя, роста листьев.
13. Взаимоотношения между ростом и развитием на отдельных этапах онтогенеза. Физиология морфогенеза. Гормональная теория цветения.
14. Созревание плодов и семян. Процесс старения.
15. Возможности культуры клеток и тканей в растениеводстве.
16. Границы приспособления и устойчивости. Защитно-приспособительные реакции растений. Обратимые и необратимые повреждения растений.
17. Изменение физико-химических и функциональных свойств растительных клеток и тканей при повреждения и процессы адаптации. Общие принципы адаптивных реакций растений на экологический стресс. Стресс-белки.
18. Холодо- и морозоустойчивость. Изменения физиологических процессов в тканях при пониженных температурах. Закаливание растений, физиологическая природа процесса. Зимостойкость растений.
19. Засухоустойчивость растений. Почвенная и атмосферная засуха. Нарушения физиолого-биохимических процессов в тканях растений в условиях водного дефицита. Орошение как путь повышения продуктивности растений; его физиологические основы.
20. Влияние на растение избытка влаги (заболоченные, болотные почвы). Нарушения обмена веществ растений при переувлажнении. Устойчивость к аноксии.
21. Солевой стресс. Виды засоления. Группы растений по устойчивости к засолению. Газоустойчивость растений.
22=30. Действие пестицидов на растения.
23. Физиолого-биохимические основы устойчивости высших растений к патогенным микроорганизмам. Физиология больного растения. Пути повышения устойчивости растений к
инфекционным и неинфекционным заболеваниям.
24. Холодо- и морозоустойчивость, закаливание растений, зимостойкость растений.
25. Засухоустойчивость растений, почвенная и атмосферная засуха.
26. Нарушения физиолого-биохимических процессов в тканях растений в условиях водного дефицита, орошение. -нет
27. Влияние на растение избытка влаги, устойчивость к аноксии.
28. Солевой стресс, виды засоления, группы растений по устойчивости к засолению.
29. Газоустойчивость растений.
30. =22 Действие пестицидов на растения.
31. Физиолого-биохимические основы устойчивости высших растений к патогенным микроорганизмам.