Физиология растений набор 2010

Федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Сибирский федеральный университет»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИФБиБТ
_____________/В.А.Сапожников
«_____» _____________2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина ЕН.В.1.2 «Физиология растений»
Укрупненная группа 010000 «Физико-математические науки»
Специальность
010708.65 «Биохимическая физика»
Институт фундаментальной биологии и биотехнологии
Кафедра Биофизики
Квалификация (степень) выпускника
специалист
2010
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по укрупненной группе 010000 «Физико-математические науки»
специальности 010700.65 «Биохимическая физика»
Программу составил проф., Сетков Н.А. ______________
(должность, фамилия, и. о., подпись)
Заведующий кафедрой д.б.н., проф. Кратасюк В.А. ____________________
(фамилия, и. о., подпись)
«_____»_______________2010 г.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры _________________________________
«______» _________________ 20__ г. протокол № _____________
Заведующий кафедрой д.б.н., проф. Кратасюк В.А. ___________________________
(фамилия, и. о., подпись)
Рабочая программа обсуждена на заседании НМСИ Института фундаментальной биологии и биотехнологии
«______» __________________ 20___ г. протокол № _____________
Председатель НМСИ ______________________В.А.Сапожников
(фамилия и. о., подпись)
Дополнения и изменения в учебной программе на 20___/20___ учебный год.
В рабочую программу вносятся следующие изменения: _____________
_____________________________________________________________________________________
_______________________________________________
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры _______
«____» _____________ 20___г. протокол № ________
Заведующий кафедрой ______________________________________________
(фамилия, и.о., подпись)
Внесенные изменения утверждаю:
Директор института ___________________________________________ В.А.Сапожников
(фамилия, и. о., подпись)
2
1 Цели и задачи изучения дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины
Учебная программа по курсу «Физиология растений» составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования 2-го поколения.
Выпускник должен иметь базовые представления о разнообразии биологических объектов, современные представления о принципах структурной и
функциональной организации биологических объектов и механизмах гомеостатической регуляции, принципах клеточной организации биологических
объектов, о биофизических и биохимических основах, мембранных процессах
и молекулярных механизмах жизнедеятельности, а также уметь применять
основные физиологические методы анализа и оценки состояния живых систем, современные экспериментальные методы работы с биологическими
объектами в полевых и лабораторных условиях, навыки работы с современной аппаратурой. В связи с этим цель курса «Физиология растений» – сформировать у студентов представление о закономерностях жизнедеятельности
растений, биохимических, молекулярных и генетических основах взаимозависимости сложных функций и механизмов их регуляции в системе целого
организма, профессиональные первичные навыки лабораторного анализа и
постановки эксперимента в ходе изучения растительных организмов. Как писал К. А. Тимирязев, «Физиолог не может довольствоваться пассивной ролью наблюдателя, как экспериментатор, он является деятелем, управляющим природой».
2. Объем дисциплины и виды учебной работы
Всего
(часов)
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплиныАудиторные занятия:
Самостоятельная работа:
Вид промежуточного контроля
(зачет, экзамен)
75
36
39
зачет
3
Семестр
5
75
36
39
зачет
3. Содержание дисциплины
3.1 Содержание разделов и тем лекционного курса
Модуль 1.
Раздел 1. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ КАК НАУКА. ЗАДАЧИ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ.
Лекция 1. Введение. Цели и задачи. Предмет и методы изучения.
История.
Физиология растений – наука о жизнедеятельности растительного организма.
История становления физиологии растений как науки. Предмет, цели и задачи
курса. Методы исследования. Место физиологии растений в системе
биологических наук. Место зеленого растения в экономике природы.
Население Земли и пищевые ресурсы.
Раздел 2. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ.
Лекция 2. Физиология растительной клетки. Клетка как осмотическая
система.
Общая схема организации растительной клетки. Методы исследования.
Основные закономерности поглощения воды клеткой. Осмос и его законы.
Растительная клетка - осмотическая система. Осмотическое и тургорное
давление. Сосущая сила. Химический потенциал воды и водный потенциал
клетки.
Раздел 3. ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ
Лекция 3. Водный режим растений. Функции и формы воды в растениях.
Поглощение воды растением.
Значение воды для жизнедеятельности растений. Формы воды в клетке.
Корневая система как орган потребления воды. Корневое давление, значение,
механизм и методы определения. Гуттация и плач растений. Формы воды в
почве. Водные характеристики почв. Физиологическая засуха и ее причины.
Коэффициент завядания.
Лекция 4. Транспорт воды по растению. Транспирация. Экология
водного режима.
Механизмы передвижения воды по растению. Теория сцепления.
Транспирация, ее формы и физиологическое значение. Количественные
показатели транспирации. Устьичная транспирация и механизм ее
регулирования. Кутикулярная транспирация. Роль растений в круговороте
воды в биосфере.
4
Раздел 4. МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ.
Лекция 5. Минеральное питание. Роль минеральных элементов.
Роль растений в круговороте минеральных элементов в биосфере.
Потребность растений в элементах минерального питания. Содержание и
соотношение минеральных элементов в почве и в растениях и факторы, их
определяющие. Классификации элементов, необходимых для растений.
Физиологическая роль макро- и микроэлементов.
Лекция 6. Механизмы поглощения и транспорта минеральных
элементов. Основы применения минеральных удобрений.
Поглощение веществ корнями растений. Ближний и дальний транспорт ионов
в тканях растений. Перераспределение и реутилизация ионов в растении.
Взаимодействие ионов (антагонизм, синергизм, аддитивность). Корневое
питание как важнейший фактор управления продуктивностью и качеством
урожая.
Модуль 2.
Раздел 5. ДЫХАНИЕ РАСТЕНИЙ.
Лекция 7. Физиологическая роль дыхания. Специфика дыхания у
растений. Основные пути диссимиляции углеводов.
Определение процесса клеточного дыхания. Общая схема процесса дыхания.
Типы окислительно-восстановительных реакций. Каталитические системы
дыхания. Специфика дыхания у растений. Метаболизм дыхательного
субстрата. Гликолиз. Превращение пирувата. Цикл Кребса. Глиоксилатный
цикл. Апотомический путь окисления глюкозы.
Лекция 8. Электронно-транспортная цепь дыхания растений
Электрон-транспортная цепь митохондрий: структурная организация,
основные компоненты, их окислительно-восстановительные потенциалы.
Комплексы переносчиков электронов.
Лекция 9. Фосфорилирование.
Единство элементарных энергетических процессов в живой природе.
Фосфорилирование на уровне субстрата и фосфорилирование в дыхательной
цепи. Мембраны как структурная основа биоэнергетических процессов.
Электро-химический потенциал – движущая сила фосфорилирования.
Регуляция электронного транспорта и фосфорилирования.
Лекция 10. Роль дыхания в продукционном процессе.
5
Составляющие дыхания: дыхание роста, дыхание поддержания и их
соотношение в онтогенезе и в условиях меняющихся факторов среды.
Раздел 6. ФОТОСИНТЕЗ РАСТЕНИЙ.
Лекция 11. Общие представления о природе фотосинтеза и его роли в
развитии биосферы.
Развитие учения о фотосинтезе. Общее уравнение фотосинтеза, его
компоненты. Структурная организация фотосинтетического аппарата. Роль
фотосинтеза в процессах энергетического и пластического обмена
растительного организма. Масштабы фотосинтетической деятельности в
биосфере. Эволюция биосферы и фотосинтез.
Лекция 12. Пигменты фотосинтеза. Хлорофиллы. Основные этапы
биосинтеза молекулы хлорофилла. Хлорофилл-белковые комплексы.
Фикобилины. Каротиноиды.
Лекция 13. Первичные процессы фотосинтеза.
Поглощение света и передача энергии возбуждения. Возбужденное состояние
электронов и пути дезактивации. Представление о фотосинтетической
единице. Антенные комплексы. Преобразование энергии в реакционных
центрах. Представление о совместном функционировании двух фотосистем.
Эффекты Эмерсона. Электрон-транспортная цепь фотосинтеза. Основные
функциональные комплексы ЭТЦ. Системы фотоокисления воды и
выделения кислорода при фотосинтезе. Типы функциональной организации
ЭТЦ: нециклический, циклический и псевдоциклический потоки электронов
и фотофосфорилирования. Стехиометрия сопряжения электронного
транспорта и образования АТФ. Регуляция электрон-транспортной цепи
фотосинтеза.
Лекция 14. Темновая стадия фотосинтеза.
Природа первичных акцепторов углекислого газа (углекислоты). Фиксация
углекислого газа в цикле Кальвина-Бенсона, ключевые ферменты.
Фотодыхание. Первичные продукты фотосинтеза. Фиксация углекислого газа
в цикле Хэтча-Слэка-Карпилова. Особенности углекислотного метаболизма у
С3-, С4 и САМ-растений. Эволюция механизма концентрирования СО2.
Лекция 15. Экология фотосинтеза. Влияние на фотосинтез внешних
факторов среды. Световая кривая фотосинтеза. Компенсационная точка при
фотосинтезе и ее зависимость от особенностей организма. Ассимиляционное
число. Фотосинтез в онтогенезе растений.
Модуль 3.
6
Раздел 7. РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ .
Лекция 16. Основные понятия процессов роста и развития растений.
Общие представления о росте и развитии растений. Закономерности роста,
типы роста. Кинетика ростовых процессов. Основные этапы развития
растений. Клеточные основы роста. Особенности роста органов растений.
Корреляции ростовых процессов различных органов, регенерация.
Лекция 17. Регуляция ростовых процессов.
Влияние на рост и развитие внутренних и внешних факторов.
Физиологические основы действия фитогормонов. Фитохромная и
криптохромная системы, электрофизиологические процессы роста.
Лекция 18. Ростовые движения растений.
Процессы раздражимости и возбудимости. Типы движения растений
(внутриклеточные движения, тропизмы, настии, нутации) и их механизмы.
Лекция 19. Развитие растений.
Основные этапы онтогенеза (эмбриональный, ювенильный, репродуктивный,
зрелости, старения). Морфологические, физиологические и метаболические
особенности этапов онтогенеза. Состояние покоя у растений. Типы покоя и
их значение для жизнедеятельности растений.
Модуль 4.
Раздел
8.
РАСТЕНИЙ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ
УСТОЙЧИВОСТИ
Лекция 20. Устойчивость как приспособление растений к условиям
существования.
Общие понятия: стресс, адаптация, устойчивость. Типы ответных реакций
растений на действие неблагоприятных факторов.
Лекция 21. Действие факторов среды на растительный организм.
Характеристика факторов внешней среды. Механизмы устойчивости и пути
адаптации растений к различным неблагоприятным факторам внешней среды
(температуры, кислотность почвы, засоление, водный дефицит и др.).
Закаливание растений. Радиоустойчивость растений и ее механизмы.
7
Лекция 22. Общие механизмы устойчивости и характеристики
адаптационного процесса.
Общие принципы адаптивных реакций растений на экологический стресс.
Изменение экспрессии генов и включение синтеза стрессовых, мембранных,
структурных белков; перестройки мембранных систем и физиологических
процессов; синтез протекторных соединений и др. Биохимическая адаптация.
Пути повышения устойчивости растений.
Лекция
23.
Физиология
растений
–
теоретическая
основа
продуктивности растений.
Физиология растений - теоретическая основа растениеводства и новых отраслей биотехнологии. Физиологические основы продуктивности растений.
Главные проблемы современной фитофизиологии.
3.2 Практические (семинарские) занятия
Учебным планом не предусмотрены
4 Учебно-методические материалы по дисциплине
Основная литература
1. Кузнецов, В.В. Физиология растений / В. В. Кузнецов, Г. А. Дмитриева.
- Москва : Высшая школа, 2005. - 736 с. (5 экз.)
2. Медведев, С. С. Физиология растений / С. С. Медведев ; СанктПетербургский университет [СПбГУ]. - Санкт-Петербург : СанктПетербургский университет [СпбГУ], 2004. - 335 с.(5 экз.)
3. Физиология растений [Текст] : учебник для вузов по биологическим
специальностям и направлению 510600 "Биология" : допущено Министерством образования РФ / Н. Д. Алехина, Ю. В. Балнокин, В. Ф. Гавриленко ;
под ред. И. П. Ермаков ; Др. - Москва : Academia (Академия), 2005. - 635 с.
(40 экз.)
4. Физиология растений / В. М. Гольд, Н. А. Гаевский [и др.] ; Сибирский
федеральный университет [СФУ]. - Красноярск : Информационнополиграфический комплекс [ИПК] СФУ, 2008. - 148 с. (3 экз.)
5. Физиология растений / Сибирский федеральный университет [СФУ] ;
сост. В. М. Гольд [и др.]. - Красноярск : Информационно-полиграфический
комплекс [ИПК] СФУ, 2008. - 60 с. (3 экз.)
Дополнительная литература
6. Мокроносов А.Т. Фотосинтез. Физиолого-экологические и биохимические аспекты. Academia, 2006.- 448 c.
7. Учебник по физиологии растений для студентов биологических специальностей вузов, под. ред. И.П. Ермакова. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.
8
8. Усманов И.Ю., Рахманкулова З.Ф., Кулагин А.Ю. Экологическая физиология растений. М.: Логос, 2001.
9. Полевой В.В. Физиология растений. М.: Высшая школа, 1989.
10.
Физиология растений: банк тестовых заданий [Электронный ресурс]: электрон. учеб.-метод. комплекс по дисциплине/ В. М. Гольд, Н. А. Гаевский, Т. И. Голованова и др.
Информационные ресурсы
11.
Физиология растений. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : электрон. учеб.-метод. комплекс по дисциплине / В. М. Гольд, Н. А. Гаевский, Т.
И. Голованова и др. – Электрон. дан. (144 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ,
2008. – (Физиология растений : УМКД № 165-2007 / рук. творч. коллектива В.
М. Гольд). –1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium
(или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 79 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ;
операционная система Microsoft Windows 2000 SP4/ XPSP2/ Vista (32 бита) ;
Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf) ;
Microsoft PowerPoint 2003 или выше. – (Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ
«Информрегистр» 0320802725 от 20.12.2008).
12.
Физиология растений. Банк тестовых заданий. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : контрольно-измерительные материалы / В. М. Гольд, Н. А.
Гаевский, Т. И. Голованова и др. – Электрон. дан. (51 Мб). – Красноярск :
ИПК СФУ, 2008. – (Физиология растений : УМКД № 165-2007 / рук. творч.
коллектива В. М. Гольд). –1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования
: Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ;
512 Мб оперативной памяти ; 51 Мб свободного дискового пространства ;
привод DVD ; операционная система Microsoft Windows 2000SP4/ XPSP2 /
Vista (32 бита) ; Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf). – (Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр»
0320802730 от 20.12.2008).
Перечень наглядных и других пособий, методических указаний и
материалов к техническим средствам обучения
Физиология растений. Презентационные материалы. Версия 1.0
[Электронный ресурс] : наглядное пособие / В. М. Гольд, Н. А. Гаевский, Т.
И. Голованова и др. – Электрон. дан. (31 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008.
– (Физиология растений : УМКД № 165-2007 / рук. творч. коллектива В. М.
Гольд). –1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium
(или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб
оперативной памяти ; 31 Мб свободного дискового пространства ; привод
DVD ; операционная система Microsoft Windows 2000 SP4/ XPSP2/ Vista (32
9
бита) ; Microsoft PowerPoint 2003 или выше. – (Номер гос. регистрации в
ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802729 от 20.12.2008).
10