Водный режим растений - Биологический факультет

Белорусский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
Белорусского государственного
университета
________________ А.Л. Толстик
« 18 » __марта____ 2011 г.
Регистрационный № УД - 4044/уч.
Водный режим растений
Учебная программа для специальности
1-31 01 01 Биология
Специализаций 1-31 01 01-01 03 Физиология растений и
1-31 01 01-02 03 Физиология растений
2011 г.
СОСТАВИТЕЛЬ:
Игорь Иванович Смолич, доцент кафедры физиологии и биохимии растений Белорусского государственного университета, кандидат биологических
наук, доцент
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Андрей Александрович Булойчик, ведущий научный сотрудник лаборатории фитоиммунитета ГНУ «Институт генетики и цитологии» Национальной академии наук Беларуси, кандидат биологических наук;
Светлана Георгиевна Сидорова, доцент кафедры ботаники Белорусского
государственного университета, кандидат биологических наук, доцент
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ УЧЕБНОЙ:
Кафедрой физиологии и биохимии растений Белорусского государственного университета (протокол № 15 от 15 марта 2011 г.);
Учебно-методической комиссией биологического факультета Белорусского
государственного университета (протокол № 8 от 16 марта 2011 г.);
Научно-методическим советом Белорусского государственного университета (протокол № 2 от 18 марта 2011 г.)
Ответственный за редакцию: Игорь Иванович Смолич
Ответственный за выпуск: Игорь Иванович Смолич
2
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Водный режим растений, один из разделов дисциплины «Физиология растений», имеет особое значение в изучении жизнедеятельности
растительных организмов. Осуществление фотосинтеза наземными растениями невозможно без поглощения углекислого газа. Выполнение этого процесса в воздушной среде приводит к большим потерям воды растением. В этой связи, понимание вопросов регуляции водного режима растений и взаимосвязи между последним и другими физиологическими
процессами особенно актуально для успешного освоения физиологии
растений в целом.
Предметом курса «Водный режим растений» являются вопросы теории водного режима растений, основных закономерностей водообмена
клеток, тканей и органов растений, экологические аспекты существования растений в различных климатических зонах.
Цель курса – дать студентам представления о закономерностях водного режима растений, включая вопросы водообмена растительных клеток,
водного режима почв, перемещения воды по растению, взаимосвязи водного режима и продукционного процесса.
Задачи курса:
- изучить теорию водного режима растений;
- рассмотреть закономерности поступления воды в растительные клетки и ее перемещения по растению;
- изучить функциональную взаимосвязь между водным режимом растений и основными физиологическими функциями;
- изучить экологию водного режима растений.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
- функции воды в растении;
- механизмы поступления воды в растительные клетки;
- закономерности транспорта воды по растительным тканям;
- основы регуляции водного режима растений;
- методы исследования водного режима растительных организмов.
уметь:
- применять полученные теоретические знания для объяснения взаимосвязи водообмена растений с основными физиологическими функциями
растительных организмов;
- использовать методы и экспериментальные подходы для наблюдения
за процессами поглощения, перемещения и удаления воды в растении;
- использовать методические приемы для анализа содержания воды и
состояния воды в растении.
3
Программа учебного курса рассчитана на 102 часа, в том числе 40 часов аудиторных: 26 – лекционных, 10 – лабораторных занятий, 4 – контролируемой самостоятельной работы.
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№ п/п
Наименование
разделов, тем
Количество часов
Аудиторные
Лекции Практич., Лаб.
КСР
семинар. занятия
1.
Свойства воды
8
–
2.
Основные формы почвенной влаги
2
–
Водообмен клеток
его регуляция
4
–
8
–
2
–
2
–
3.
4.
5.
6.
воды
Расходование
растением
10
4
4
и
Транспорт воды в растении как важнейшая
физиологическая
функция
Транспорт
стеблю
Самост.
работа
2
6
15
15
по
2
4
воды
26
14
10
4
4
62
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА ПРОГРАММЫ
ВВЕДЕНИЕ
Значение воды для живых организмов: вода как среда жизни, структурный элемент, метаболит, растворитель. Вода как лимитирующий фактор продуктивности растений и растительных сообществ. Состояние анабиоза, связанное с содержанием и состоянием воды в организмах.
I.
СВОЙСТВА ВОДЫ
Физические свойства воды, их аномальность. Различные формы воды.
Структура воды в жидком и твердом состояниях (однородная и неоднородная модель). Влияние электролитов, неполярных групп, белков и других органических веществ на структуру и свойства воды. Взаимодействие
воды с компонентами цитоплазмы.
Состояние воды в растительных клетках и тканях. Физиологическая
роль разных фракций воды для растения. Характеристика оводненности
различных органелл клетки, растительных тканей.
II. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ
Фракционный состав почвенной влаги: химически связанная, сорбированная (гигроскопическая и пленочная), свободная (гравитационная и
капиллярная) вода. Почвенно-гидрологические константы (влагоемкость,
влажность и гигроскопичность почвы, коэффициент завядания и др.).
III. ВОДООБМЕН КЛЕТОК И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ
Понятие о водообмене у растений. Направленный и ненаправленный
водообмен клеток. Движущие силы направленного водообмена клеток:
градиент водного потенциала и его составляющие (осмотический, матричный, гравитационный потенциалы и потенциал давления). Регуляция водообмена клеток: барьерное действие мембран, гидравлическая проводимость, коэффициент эластичности, участие транспортной АТФазы. Молекулярные механизмы в регуляции водообмена растений. Аквапорины, их
строение и свойства. Роль аквапоринов в транспорте воды через мембраны
растительных клеток и в создании и поддержании водного баланса клетки.
IV. ТРАНСПОРТ ВОДЫ В РАСТЕНИИ КАК ВАЖНЕЙШАЯ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ
Понятие о водном балансе, водном дефиците.
5
Особенности строения корневой системы как органа поглощения воды. Корневое давление, его величина. Две составляющих корневого давления: метаболическая и осмотическая. Роль живых паренхимных клеток в
нагнетающей деятельности корневой системы. Автоколебательный характер деятельности паренхимных клеток корня. Понятие о свободном (апопластическом) пространстве в связи с поступлением и передвижением воды по растению. Роль клеточной полярности в возникновении и поддержании одностороннего тока воды. Явления «плача растений» и гуттации.
V. ТРАНСПОРТ ВОДЫ ПО СТЕБЛЮ
Передвижение воды по растению. Двигатели водного потока. Роль
живых паренхимных клеток в транспорте воды по стеблю.
VI. РАСХОДОВАНИЕ ВОДЫ РАСТЕНИЕМ
Транспирация, ее физиологическая роль. Количественные показатели
транспирации и методы их определения. Устьичная и кутикулярная транспирация. Физическая сторона процесса транспирации (уравнение Стефана)
и его физиологический смысл. Автоколебания процессов водообмена листа. Транспирация как саморегулирующийся процесс. Водообмен растений
и продуктивность. Критические периоды у растений к недостаточному и
избыточному водоснабжению.
ЛИТЕРАТУРА
О с н о в н а я:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Смолич И.И., Ходоренко Л.А., Юрин В.М. Водный режим растений:
курс лекций. Минск: БГУ, 2008. – 108 с.
Жолкевич В.Н., Гусев Н.А., Капля А.В. и др. Водный режим растений.
М.: Наука. 1989. – 256 с.
Беликов П.С., Дмитриева Г.А. Физиология растений. М. РУДН. 1992.–
С.81–120.
Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений / под ред.
Н.Н. Третьякова / М.: Колос. 1998. С. 212–280.
Медведев С.С. Физиология растений: Учебник.– СПб.: Изд-во С.Петерб. ун-та, 2004. С. 106–128.
Алехина Н.Д, Балнокин Ю.В., Гавриленко В.Ф. и др. Физиология растений, М. : Изд-во «Академия», 2005. – 754 с.
Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений, М.: «Высшая
школа», 2005. – 736 с.
6
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Кундт В., Робник М. Водные помпы в корнях растений // Физиология
растений.– 1998.– Т.45.– №2.– С.308–316.
Maurel X. Молекулярные механизмы в регуляции водообмена растений // Plant Physiology.– 2001.– V.125.– Р.135–138.
Гусев Н.А. Состояние воды в растении. М.: Наука. 1974. – 132 с.
Гусев Н.А. Физиология водообмена растений. Изд. Казанского ун-та.
1966. – 135 с.
Генкель П.А. Физиология жаро- и сухоустойчивости растений. М.:
Наука. 1982. – 280 с.
Сулейманов И.Г. Состояние и роль воды в растении. Изд. Казанского
ун-та. 1974. – 180 с.
Великанов Г.А. Межклеточный перенос Н2О и ионов в корнях проростков пшеницы // Физиология растений. 1992. Т.39. №5. С.972-982.
Д о п о л н и т е л ь н а я:
15. Викторов Д. П. Малый практикум по физиологии растений. М.: Высш.
школа, 1983. 135 с.
16. Дука М., Хомченко Т., Савка Е. Физиология растений: практикум для
студентов биолого-почвенного факультета. Кишинау, 2003.– 133 с.
17. Малый практикум по физиологии растений / Под ред. А. Т. Мокроносова. М.: МГУ, 1994. – 184 с.
18. Практикум по физиологии растений / Под ред. Н. Н. Третьякова М.:
Агропромиздат, 1990. – 271 с.
19. Филлиппов Л.А. Водный режим растений и диагностика полива. Новосибирск. Наука. 1982.
20. Пахомова Г.И., Безуглов В.К. Водный режим растений. Казань. 1980.
21. Лазарева Н.П., Борисова Т.А., Жолкевич В.Н. Об автоколебательном
характере нагнетающей деятельности корневой системы кукурузы.
ДАН СССР.– Т.289.– №3.– 1986.– С.761–764.
22. Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника. В 2-х т. Пер. с
англ. 1990.
7