Строение и физиология растительной клетки

ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ»

КРАТКИЙ КУРС В ОПРЕДЕЛЕНИЯХ И ТАБЛИЦАХ

Пособие разработано на основе рабочей программы по дисциплине «Ботаника с основами физиологии растений» и имеет цель помочь студенту-заочнику в самостоятельной работе. Для удобства изучения основной материал обобщается, систематизируется и преподносится в виде таблиц и основных определениях; нумерация тем соответствует нумерации тем рабочей программы. В данном пособии ответы на контрольные вопросы даны не в полном объеме, предполагаются самостоятельные дополнения студентами по некоторым темам и не заменяют темы, изучаемые на лекциях.

ВВЕДЕНИЕ

Ботаника – это наука, изучающая особенности внутреннего и внешнего строения растения, их жизнедеятельность, происхождение, распространение и взаимосвязь друг с другом и окружающей средой.

Физиология растений – это раздел ботаники, изучающей функциональную активность растительного организма.

Задачи ботаники:

1. Морфология изучает закономерности внешнего строения растения, различные видоизменения органов в связи с выполняемыми функциями и условиями среды; особенности вегетативного и семенного размножения, роста и продолжительности жизни.

2. Анатомия изучает внутреннее строение растения. Данные об анатомическом строении растений имеют большое значение при идентификации пищевых продуктов, кормов для животных, лекарств и т.д.

3. Систематика изучает многообразие растительного мира, выявляет родственные связи между растениями на основе сходства внешнего и внутреннего строения и располагает их по группам.

Задачи физиологии растений:

1. Изучение процессов роста и развития, цветения и плодоношения, почвенного и воздушного питания, размножения и взаимодействия с окружающей средой.

2. Научиться управлять протекающими в организме растений физиологическими процессами, создать новые более эффективные формы удобрений, разработать методы повышения урожайности сельскохозяйственных растений.

Строение и физиология растительной клетки

Растительная клетка – сложная физиологическая система, в состав которой входят различные органеллы.

Функция растительной клетки – обмен веществ посредством поглощения их из окружающей среды, усвоения и выделения продуктов распада во внешнюю среду.

Отличительные признаки растительной клетки:

1. жесткая целлюлозная клеточная оболочка.

2. центральная вакуоль – вместилище клеточного сока.

3. пластиды.

4. пласмодесмы в порах клеточной оболочки, через которые осуществляется взаимосвязь протопластов соседних клеток.

5. запасный продукт – крахмал.

Функции цитоплазматических мембран:

1. барьерная – отграничивает клетки, органеллы от внешней среды, контролирует поступление внутрь различных веществ;

2. транспортная – благодаря различным переносчикам (ионным) осуществляется избирательный транспорт ионов, белков, углеводов внутрь клетки и наружу, структурная – образует различные органеллы (вакуоль, ЭПС, митохондрии ит.д.);

3. рецепторно – регуляторная – воспринимает и передает химические, физические (температура, давление) сигналы, обеспечивая приспособительные ответные реакции клетки.

Фотосинтез – это процесс образования органических веществ с участием энергии света в клетках, содержащих хлорофилл.

Влияние внешних факторов на фотосинтез:

1. Свет. По отношению к свету все растения делят на две группы: светолюбивые и теневыносливые. Светолюбивые растения не выносят затенения и растут на открытых местах и только в первом верхнем ярусе леса (с/х культуры, растения лугов, степей, пустынь, солончаков; лиственница, сосна, ясень, осина, береза, дуб). Светолюбивые деревья отличаются ажурной кроной, быстрым очищением ствола от сучьев, ранним изреживанием древостоя. Теневыносливые древесные растения (ель, пихта, клен, вяз, липа, рябина, лещина, крушина, бересклет) хорошо переносят затенение и встречаются как в верхнем ярусе, так и во втором. Отличаются густой и плотной кроной с большой протяженностью по высоте ствола, медленным очищением от сучьев. Листья светолюбивых растений имеют более толстую листовую пластинку, большое количество устьиц и проводящих пучков. Содержание пигментов меньше, чем у теневыносливых растений. Более высокое содержание пигмента обеспечивает эффективный фотосинтез в условиях низкой интенсивности света и рассеянной радиации.

2. Концентрация диоксида углерода. СО₂ — основной субстрат фотосинтеза. Его содержание в атмосфере в значительной степени определяет интенсивность процесса. Концентрация СО₂ в атмосфере составляет 0,03%. При этой концентрации интенсивность фотосинтеза составляет лишь 50% от максимальной величины, которая достигается при содержании 0,3 % СО₂. Поэтому в условиях закрытого грунта весьма эффективны подкормки растении СО₂.

3. Температура. Влияние температуры на фотосинтез зависит от интенсивности освещения. При низкой освещенности фотосинтез практически не зависит от температуры, так как лимитируется светом. Для большинства растений оптимальная температура составляет 20 — 30 °С. Температурный минимум для хвойных растений колеблется между -2 и -7 °С.

4. Вода. На интенсивность фотосинтеза благоприят­но влияет небольшой водный дефицит (до 5 %) в клетках листьев. Однако при недостаточном водоснабжении интенсивность фотосинтеза заметно снижается. Это связано с закрыванием устьиц, в результате чего замедляется доставка СО₂ в лист, и отток образовавшихся продуктов фотосинтеза из листа.

Дыхание – это сложный процесс получения энергии клеткой, получения метаболитов и их дальнейшее использование в синтезах; рассеивании энергии в виде тепла. Энергия запасается в связях АТФ.

Влияние внешних факторов на дыхание:

1. Вода. С усилением водного дефицита прежде все подавляется рост, затем фотосинтез и в последнюю очередь дыхание. Если интенсивность фотосинтеза уменьшается в 5 раз, то интенсивность дыхания примерно в 2 раза.

2. Температура. Нижний температурный предел дыхания лежит значительно ниже 0°С. Дыхание почек плодовых деревьев отмечено при температуре -14 °С, хвои сосны до -25°С. Снижение дыхательной активности зимующих частей древесных растений связано с переходом растений в состояние покоя. Интенсивность дыхания быстро возрастает при повышении температуры до 35 — 40⁰С. Дальнейшее увеличение температуры приводит к снижению дыхания из-за нарушения структуры митохондрий и денатурации белков-ферментов.

3. Аэрация. Угнетение дыхания начинается при содержании О₂ менее 5%, в этом случае может начаться анаэробное дыхание. Подобное явление наблюдается при избыточном переувлажнении почвы, затоплении, образовании ледяной корки. В такой ситуации растения сильно истощаются или даже погибают из-за дефицита энергии, отравления накапливающимся этиловым спиртом, а также в результате повреждения мембран. Повышение концентрации СО₂ как конечного продукта дыхания приводит к снижению интенсивности дыхания, а чрезмерное повышение его концентрации может вызвать закисление тканей — ацидоз. Например, в хранилищах целесообразно повышать концентрацию СО₂, выступающего здесь как наркотическое средство. Это помогает в несколько раз снизить интенсивность дыхания плодов, способствуя более длительному сохранению их без потери качества.

Брожение – бескислородный распад органических веществ. Брожение как способ питания распространен у бактерий.

Тургор – упругое состояние оболочки, вызываемое давлением воды. Обеспечивает сохранение сочным органам формы и положения в пространстве.

Осмос – избирательный однонаправленный процесс перемещения воды через мембрану.

Плазмолиз – потеря тургора клетками при длительном недостатке воды. При этом объем вакуоли уменьшается и протопласт отделяется от клеточных стенок.

Деплазмолиз – исчезновение плазмолиза (восстановление тургора).

Циторриз – при потеретургора в молодых тканях протопласты, сокращаясь, не отделяются от клеточных стенок, а тянут их за собой и клетки ткани сжимаются.

Транспирация – процесс испарения воды через устьица.

Влияние внешних условий на транспирацию:

1. Почвенная вода. При недостатке воды в почве интенсивность транспирации древесных растений заметно снижается. На затопленной почве этот процесс, несмотря на обилие воды, также снижен у деревьев примерно в 1,5 — 2 раза, что связано с плохой аэрацией корневых систем. Уменьшается транспирация и при сильном охлаждении почвы в связи со снижением скорости поглощения воды. Недостаток или избыток воды, засоление или холодная почва действуют на интенсивность транспирации через их влияние на поглощение воды корневыми системами.

2. Воздушный режим. Свет увеличивает открытость устьиц. Интенсивность транспирации на рассеянном свету повышается на 30 — 40%. В темноте растения транспирируют в десятки раз слабее, чем при полном солнечном освещении. Повышение относительной влажности приводит к резкому снижению интенсивности транспирации всех пород. При повышении температуры воздуха листья нагреваются и транспирация усиливается. Ветер способствует повышению транспирации благодаря уносу паров воды от листьев, создавая недонасыщение воздуха у их поверхности.

В ходе дня изменяется интенсивность транспирации. В жаркий день оводненность листьев снижается по сравнению с нормой до 25% и более. Дневной водный дефицит наблюдается в полуденные часы летнего дня. Как правило, он существенно не нарушает жизнедеятельность растений. Остаточный водный дефицит наблюдается на рассвете и свидетельствует о том, что водные запасы листьев за ночь восстановились лишь частично вследствие низкой влажности почвы. При этом растения сначала сильно завядают, а затем при длительной засухе могут погибнуть.

Гуттация – выделение капель жидкости листьями при высокой влажности воздуха, когда транспирация затруднена. Она обеспечивает равновесие между поглощением и расходом воды, заставляя корни интенсивно всасывать воду.

Митоз – основа бесполого размножения. Процесс деления клетки, в результате которого из одной материнской клетки образуется две дочерние, с тем же набором хромосом, что обеспечивает образование генетически равноценных клеток и сохраняется преемственность в ряду клеточных поколений.

Мейоз – основа полового размножения. Способ деления клеток с уменьшением числа хромосом вдвое и переход клеток из диплоидного состояния (2n) в гаплоидное (n), что обеспечивает сохранение постоянного числа хромосом во всех поколениях и разнообразие генетического состава гамет, а значит потомства при половом размножении.

Ткани

Ткань – комплекс клеток, сходных по происхождению, строению и приспособленных к выполнению одной или нескольких функций.