Рабочая программа учебная дисциплина Физиология растений Для студентов очного обучения по специальности 110200 Агрономия

Вид материала

Содержание

110200 – Агрономия
1.2. Задачами дисциплины является изучение
3.1.2 Физиология и биохимия растительной клетки.
4. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«Согласовано» «Утверждаю»

Декан агрономического Проректор по учебной и

факультета воспитательной работе

___________________ _________Х.С. Фасхутдинов

«_____»____________2007 г. «____»_____________2007 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Учебная дисциплина – Физиология растений

Для студентов очного обучения по специальности 110200 – Агрономия

Курс, семестр – 2; 4 – 3; 5

Лекции – 70 часов

Лабораторные занятия – 70 часов

Зачет – 37 часов

Экзамен – 40 часов

Программа составлена д.б.н., профессором

__________________Ф.Д.Самуиловым

Программа утверждена Программа утверждена

на заседании методической на заседании кафедры

комиссии факультета_______ «Ботаники и физиологии растений»

_________________________ Протокол № 4

Протокол № ______________ от «23» октября 2007 г.

от «_____»__________2007 г. ______________ В.М. Пахомова

Казань, 2007 г.

Содержание рабочей программы

1. Цель и задачи дисциплины

2. Квалификационные требования

3. Содержание дисциплины

3.1.Тематика лекционных занятий

3.2 Тематика лабораторно-практических занятий.

4.Учебно-методическое обеспечение дисциплины

4.1. Рекомендуемая литература

1. Цели и задачи физиологии растений

1.1 Цель преподавания физиологии растений

Курс физиология растений является теоретической основой для изучения студентами специальных агрономических дисциплин: он дает физиологическое обоснование агротехнических приемов, интенсивных технологий, используемых в растениеводстве, включая овощеводство и плодоводство, агрохимию. земледелие, а также в селекции и защите растений. С этой целью основные физиологические процессы, протекающие в растениях, рассматриваются на разных уровнях организации: субклеточном – клеточном, на уровне целого растения, в посевах и ценозах. Значительное место отводится вопросам регуляции физиологических процессов на разных уровнях их организации.

Успехи физиологии и биохимии растений играют важную роль в научно-техническом прогрессе сельского хозяйства, в разработке путей и приемов управления процессами обмена веществ с.-х. растений, определяющих их рост и развитие, продуктивность и качество урожая.

1.2. 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;

─ физиология и биохимия формирования качества урожая сельскохозяйственных культур.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения курса физиологии растений студент должен знать:

─ физиологии и биохимии растительной клетки в объеме, необходимом для прохождения последующих теоретических и специальных дисциплин;

─ закономерности и методы диагностики водного обмена и минерального питания растений;

─ современные представления о химизме процессов фотосинтеза и дыхания, механизме фотосинтетического и окислительного фосфорелирования;

─ особенности обмена различных органических веществ растениях;

─ закономерности роста и развития растений, приспособление и устойчивости их к различным неблагоприятным условиям;

─ основные механизмы регуляции физиологических процессов на разных уровнях организации растительного организма;

─ физиологию формирования плодов, семян и других продуктивных частей растений;

─ современные методы исследования основных физиолого-биохимических процессов растений.

Изучив курс физиологии растений, студент должен уметь:

─ выполнить основные биохимические анализы растительных проб;

─ диагностировать обеспеченность растений водой и элементами минерального питания;

─ исследовать интенсивность основных физиологических процессов растений (водный обмен, фотосинтез, дыхание, обмен органических веществ, рост и развитие);

─ определять физиологические показатели устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды.

3. Содержание дисциплины

3.1 Наименование тем, их содержание, объем в часах лекционных занятий

3.1.1. Введение Предмет и задачи физиологии и биохимии растений. Физиология растений как фундаментальная основа агрономических наук. Главнейшие этапы развития физиологии растений как науки, вклад в нее отечественных ученых. Основные направления современной физиологии растений. Методы физиологии растений и уровни исследований. Лекция – 2 часа.

3.1.2 Физиология и биохимия растительной клетки. Структурная и функциональная организация растительной клетки. Химический состав цитоплазмы и ее органелл. Аминокислоты. Белки их состав, структура и функции. Ферменты их биологическая роль, классификация. Нуклеиновые кислоты. Липиды. Углеводы. Вода, физические свойства, структура. Минеральные вещества и ионный состав клетки.

Структура и функции цитоплазмы. Клеточные мембраны и их функции. Плазматические мембраны: плазмалемма, тонопласт. Эндоплазматическая сеть. Свойства специфических мембранных систем.

Структура и функции клеточного ядра, хлоропластов, митохондрий, рибосом, аппарата Гольджи, вакуоли, лизосомы, микротрубочки. Лекции – 8 часов.

3.1.3.Водный обмен растений

Значение воды в жизни растений.

Поглощение и выделение воды клеткой. Содержание и распределение воды в клетке. Корневая система как орган поглощения воды. Двигатели водного потока в растении. Корневое давление, его возможные механизмы, размеры, зависимость от внутренних и внешних условий.

Транспирация, зависимость ее от внешних факторов, суточный ход. Лист как орган транспирации. Регулирование транспирации. Гуттация. Возможность поглощения воды листьями и стеблями.

Путь восходящего тока воды. Движение воды в системе почва-растение-атмосфера по градиенту водного потенциала. Особенности водообмена у различных экологических групп. Значение воды для формирования урожая с.-х. культурами. Водный баланс фитоценозов. Физиологические основы орошения. Использование физиологических показателей для оптимизации водного режима растений. Лекции – 6 часов.

3.1.4. Минеральное питание растений.

Необходимые растению макроэлементы и микроэлементы, их усвояемые соединения и физиологическая роль. Физиологические нарушения при недостатке отдельных элементов. Круговорот элементов минерального питания.

Ионный транспорт у растений. Радиальное перемещение ионов в корнях (движение по апопласту, симпласту). Перемещение ионов на дальние расстояния. Передвижение ионов по ксилеме. Поглощение и транспорт ионов в связи с транспирацией. Перемещение воды и растворенных веществ в листе. Регулирование растениями скорости поглощения ионов.

Синтетическая деятельность корня. Синтез аминокислот в корнях. Суточная ритмика аминокислотного метаболизма. Белковый состав корня. Дыхание корней и биосинтез аминокислот и белков. Корень кА место синтеза вторичных соединений (полисахаридов, фитогормонов, гликозидов, алкалоидов и т.д.).

Минеральные вещества в фитоценозах и их круговорот в экосистеме. Поглощение питательных веществ растениями в полевых условиях. Конкуренция между растениями. Аллелопатическое взаимодействие культурных растений и сорняков. Физиологические основы применения удобрений. – Лекции – 8 часов.

3.1.4. Фотосинтез.

Общая характеристика фотосинтеза. Лист как орган фотосинтеза. Хлоропласты, их состав, структура, свойства и функции. Физико-химическая сущность фотосинтеза, его значение в общей энергетике растительного организма. Главные этапы развития представлений о фотосинтезе. Интенсивность фотосинтеза, методы ее определения и выражения. Фотосинтетическая единица. Структура и функции реакционного центра. Структура и функции электротранспортной цепи фотосинтеза.

Световая фаза фотосинтеза. Фотосинтетическое фосфорилирование. Характеристика основных типов фотофосфорилирования.

Механизм фотосинтетического фосфорелирования. Фоторедукция. Вода как основной донор водорода в реакциях восстановления СО₂

Темновая фаза фотосинтеза. Метаболизм углерода при фотосинтезе. Фотодыхание и его энергетическая роль.

Системы регуляции фотосинтеза. Регуляция фотосинтеза на уровне фотосинтетического аппарата. Фотосинтез и обмен веществ в растительной клетке. Биосинтез аминокислот, белков, липидов, фитогормонов, полисахаридов. Регуляция фотосинтеза на уровне органа и целого растения.

Зависимость интенсивности фотосинтеза растений от освещенности и спектрального состава света. Влияние других внешних и внутренних факторов на интенсивность фотосинтеза. Компенсационные точки. Взаимодействие факторов. Фотосинтез как основа продуктивности с.-х. растений. Интенсивность фотосинтеза и общая биологическая продуктивность растительных организмов. – Лекция – 8 часов.

3.1.6. Дыхание растений.

Общая характеристика дыхания и его значение в жизни растения. Виды работы, совершаемой клетками растения (осмотическая, химическая, электрическая, механическая, регуляторная) и необходимость непременного снабжения их энергией. Биология дыхания и брожения. Дыхание как цепь последовательных окислительно-восстановительных реакций. Дыхательные ферменты.

Гликолиз, две стадии гликолиза. Аэробная фаза дыхания и виды брожений у высших растений. Цикл три- и дикарбоновых кислот. Пентозофосфатный цикл. Глиоксалатный цикл.

Путь переноса электронов: дыхательная цепь. Окислительное фосфорелирование. Сопряжение окислительного фосфорелирования с процессом переноса электронов. Факторы сопряжения. Теория химио-осмотического и химического сопряжения.

Дыхание и обмен веществ в растительной клетке.

Методы определения интенсивности дыхания и дыхательного коэффициента. Коэффициенты дыхания при различных субстратах дыхания. Зависимость дыхания от света, температуры, влажности, газового состава и других условий среды. Интенсивность и другие особенности дыхания различных тканей и органов растений и растения в целом в разные фазы роста и развития. - Лекции – 6 часов.

3.1.7. Обмен и транспорт органических веществ в растениях.

Специфика обмена веществ у растений. Метаболизм и метаболические пути. Обмен углеводов. Биосинтез и взаимное превращение углеводов. Ферменты углеводного обмена.

Обмен аминокислот и белков. Биосинтез аминокислот. Зависимость биосинтеза аминокислот и белков от экологических факторов и в онтогенезе. Распад белков.

Обмен липидов. Биосинтез жиров. Липазы. Взаимопревращения жиров и углеводов. Биосинтез важнейших витаминов. Образование в растениях веществ вторичного происхождения: эфирных масел, гликозидов, дубильных веществ, алкалоидов.

Взаимосвязь превращений веществ. Лист как основной орган биосинтезов. Роль корня в биосинтезах. Биосинтезы в других органах и тканях. Конституционные и запасные вещества. Передвижение органических веществ в растении. Транспортные формы веществ. Зависимость передвижения от внутренних и внешних условий. Современные представления о механизмах передвижения органических веществ (диффузия, активный перенос, передвижение по апопласту и симпласту и с движущийся цитоплазмой). - Лекция – 4 часа.

3.1.8. Рост и развитие растений.

Понятие об онтогенезе, росте и развитие растений. Взаимосвязь роста и развития. Внутренние и внешние факторы роста и развития.

Физиология и биохимия прорастания семян. Дыхание, превращения и передвижение веществ.

Локализация роста у высших растений. Особенности роста органов растения. Закон большого периода роста. Методы измерения скорости роста. Зависимость роста от внутренних факторов. Зависимость роста от внешних факторов.

Суточная и сезонная периодичность роста как следствие совокупного действия внутренних и внешних факторов. 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 растений, многолетних трав, озимых культур, семян, клубней, луковиц, корневищ. Способы нарушения и продления покоя.

Ростовые и тургорные движения органов растений. Круговые движения (нутации) верхушек растущих (растений) органов. Настии, их виды. Тропизм и их виды. Роль ауксинов и АТФ. Значение тропизмов в растениеводстве. Полярность клеток, тканей, органов и растения. Значение полярности при укоренении черенков. Хирургические и химические способы управления ростом растений.

Физиологические основы применения синтетических регуляторов роста для укоренения черенков, дефолиации, улучшения завязывания и роста плодов, регулирования покоя.

Типы онтогенеза растений: монокарпические однолетние, озимые, двулетние и многолетние и поликарпические многолетние. Вегетативный и генеративный периоды развития. Приспособляемость генеративного развития к сезонным изменениям среды.

Генетическая программа развития и ее реализация в зависимости от внутренних и внешних условий.

Современные представления о регуляторной системе растения. Реакции растений на соотношение длины дня и ночи (фотопериоды). Приспособительное значение фотопериодизма. Фитохромная система и фотопериодизм. Реакция растений на периодическую смену повышенных и пониженных температур (термопериодизм).

Ускорение развития однолетних озимых, двулетних и многолетних растений при предварительном воздействии на них низких положительных температур (яровизация).

Физиология цветения и оплодотворения. Вегетативное размножение растений, его отличие и сходство с семенным размножением. Физиология старения растений. Управление генеративным развитием и старением растений путем регулирования светового, температурного и водного режимов и минерального питания.- Лекции – 12 часов.

3.1.9. Приспособление и устойчивость растений.

Приспособленность онтогенеза растений к условиям среды как результат их эволюционного развития(изменчивости, наследственности, отбора). Защитно-припособительные реакции растения против повреждающих воздействий. Возможность приспособления растений к неблагоприятным условиям среды (закаливание растений). Холодоустойчивость растений. Способы повышения холодоустойчивости растений.

Морозоустойчивость растений. Условия и причины вымерзания растений. Способы повышения морозоустойчивости. Закаливание растений, его фазы. Зимостойкость как устойчивость ко всему комплексу неблагоприятных факторов перезимовки. Выпревание, вымокание, гибель под ледяной коркой, выпирание, повреждение от зимней засухи.

Влияние на растение избытка влаги. Полегание растений и его причины. Способы предупреждения полегания. Жароустойчивость растений. Способы повышения жароустойчивости. Засухоустойчивость растений. Физиологические особенности засухоустойчивости растений сельского хозяйства. Пути повышения засухоустойчивости культурных растений. Физиологические основы орошения. Солеустойчивость растений. Возможности его повышения. Устойчивость растений против вредных газообразных выделений промышленности и транспорта. Физиологические основы применения гербицидов. – Лекции – 8 часов.

3.1.10. 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 формирование 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.

Всего 68 часов

3.2. Лабораторные занятия

1 – семестр (2-ой курс)

3.2.1. Плазмолиз и деплазмолиз растительной клетки. Различные формы плазмолиза. Определение вязкости цитоплазмы по времени плазмолиза. Прижизненное окрашивание клеток нейтральным красным. Определение проницаемости живых и мертвых клеток. 4 часа.

3.2.2. Проницаемость плазмолеммы для ионов К и Са (колпачковый плазмолиз). Определение осмотического давления клеточного сока методом плазмолиза. 4 часа.

3.2.3. Определение сосущей силы клеток по изменению размеров ткани. Определение изоэлектрической точки растительных тканей. 4 часа.

3.2.4. Роль покровных тканей в предохранении растений от потери воды. Определение интенсивности транспирации и относительной транспирации. Определение интенсивности транспирации при помощи торсионных весов по Иванову. Коллоквиум по теме «Физиология растительной клетки». 4 часа.

3.2.5. Определение степени открытости устьиц методом фильтрации. Определение количества устьиц на единицу поверхности листа. Учет результатов опыта по определению защитного действия покровных тканей. 4 часа.

3.2.6. Определение общей, свободной и связанной воды в растении. Постановка опыта по определению коэффициента завядания. 4 часа.

3.2.7. Определение водоудерживающей способности растений методом «Завядания» по Арланду. Коллоквиум по теме «Водный обмен растений». 4 часа.

3.2.8. Микрохимический анализ золы растений. Химический анализ сока растений по Магницкому. Постановка опыта «Физиологически кислые и щелочные соли». 4 часа.

3.2.9. Проведение опыта по определению коэффициента завядания. Учет опыта «Физиологически кислые и щелочные соли». 2 часа.

3.2.10. Выращивание растений в водных и песчаных культурах на полной питательной смеси и с исключением отдельных элементов. Постановка опыта «Антагонизм ионов». 4 часа.

3.2.11. Учет опыта «Антагонизм ионов». Коллоквиум по теме « Минеральное питание растений». 2 часа.

Всего 40 часов.

2 - семестр (3-ий курс)

3.2.12. Извлечение пигментов зеленого листа и разделение их по Краусу. Изучение оптических свойств пигментов. Разделение смеси пигментов методом бумажной хроматографии. 4 часа.

3.2.13. Определение количества хлорофилла колориметрическим методом. 2 часа.

3.2.14. Определение интенсивности фотосинтеза по методу Иванова – Коссовича. Изучение влияния внешних условий на фотосинтез методом подсчета пузырьков. 4 часа.

3.2.15. Коллоквиум по теме «Фотосинтез». 2 часа.

3.2.16. Определение интенсивности дыхания по количеству выделенного углекислого газа. 2 часа.

3.2.17. Обнаружение дыхательных ферментов в растениях (оксидаз, дегидрогеназ). 2 часа.

3.2.18. Определение активности фермента каталазы в различных тканях растений. Определение интенсивности дыхания по убыли сухого вещества растений. 4 часа.

3.2.19. Расчет интенсивности дыхания. Коллоквиум по теме «Дыхание растений». 2 часа.

3.2.20. Обнаружение в растениях углеводов, жиров, белков, изучение их свойств. Обнаружение дубильных веществ и алкалоидов. 4 часа.

3.2.21. Определение зоны роста стебля, корня, листьев. Наблюдение за ростом растения с помощью горизонтального микроскопа. 2 часа.

3.2.22. Определение засухоустойчивости растений проращиванием семян на растворах сахарозы. 2 часа.

3.2.23. Защитное действие сахара при размораживании. Проверка рабочих тетрадей. 2 часа.

Всего 32 часа.

Итого (за два семестра) – 72 часа.

4. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

4.1.Основная и дополнительная литература.

4.1.1.Основная литература

1.Третьяков Н.Н. и др. Физиология и биохимия растений сельскохозяйственных. М.: Колос, 1998.- 640 с.

2. Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений. М.: Высшая школа, 2005 – 736 с.

3. Лебедев С.И. Физиология растений. М.: Колос, 1982. 403 с.

4. Рубин Б.А. Курс физиологии растений. М.: Высшая школа, 1976.-576 с.

5. Якушина Н.И. Физиология растений. М.: Просвещение, 1993. – 352 с.

6.Полевой В.В. Физиология растений. М.: Высшая школа, 1989. – 549 с.

7. Кретович В.Л. Биохимия растений. М.: Высшая школа, 1986. – 445 с.

8. Плешков Б.П. Биохимия сельскохозяйственных культур. М.: Колос, 1980. – 495 с.

9. Практикум по физиология растений под редакцией Третьякова Н.Н. М.: Агропромиздат, 1990. – 271 с.

4.1.2. Дополнительная литература

10. Курсанов А.Л. Транспорт ассимилянтов в растении. М.: Наука, 1976. – 646 с.

11. Тарчевский И.А. Основы фотосинтеза. М.: Высшая школа, 1977. – 253 с.

12. Самуилов Ф.Д. Водный обмен и состояние воды в растениях. Казань, Изд-во Казанский ун-та, 1972. – 282 с.

13. Генкель П.А. Физиология жаро- и засухоустойчивости растений. М.: Наука, 1982. – 278 с.

14. Гринева Г.М.Регуляция метаболизма у растений при недостатке кислорода. М.: Наука, 1975. – 279 с.

15. Мусил Я., Новакова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах. М.: Мир, 1981. – 215 с.

16. Пахомова Г.И., Безуглов В.К. Водный режим растений (Учебное пособие). Казань, Изд-во КГУ, 1980.

17. Рубин Б.А., Гавриленко В.Ф. Биохимия и физиология фотосинтеза. М.: Изд-во МГУ, 1977. – 326 с.

18. Скулачев В.П. Трансформация энергии в биомембранах. М.: Наука, 1972.

19. Физиология семян (под ред. д.б. н. Прокофьева А.А.). М.: Наука, 1982. – 317 с.

20. Физиология и биохимия прорастания семян (пер. с англ.). М.: Колос, 1982.- 495 с.

21. Холодостойкость растений (пер. с англ., Ред. Самыгин Г.А.). М.: Колос, 1983.- 318 с.

Blog

Рабочая программа учебная дисциплина Физиология растений Для студентов очного обучения по специальности 110200 Агрономия

Содержание