VII. Дихання рослин. 7. 1. Загальна характеристика дихання як фізіологічного процесу

7.1. Загальна характеристика дихання як фізіологічного процесу

і його значення у житті рослини

Дисиміляція вуглеводів

Генерація енергії

Біологія процесів дисиміляції

Теорія біологічного окислення і відновлення

Сучасні уявлення про механізм окислення і відновлення

7.1.6. Термінальні оксидази

7.1.7. Дегідрогенази

7.1.8. Структура дихального ланцюга

7.1.9. Макроергічні сполуки

7.2. Гліколіз 287

7.2.1. Енергетичний баланс гліколізу

Регуляція гліколізу

Цикл ди- і трикарбонових кислот

Гліоксилатний цикл

Пентозофосфатний цикл

Біологія бродіння

7.7. Механізми фосфорилювання

7.8. Фактори спряження.

7.9. Комплексна ферментна регуляція процесу дихання

Баланс енергії при аеробному диханні

Дихання й обмін у рослинній клітині

7.11.1. Перенесення іонів

7.11.2. Окислювальний розпад жирних кислот та амінокислот

7.11.3. Дихання і біосинтетичні процеси

7.11.4. Зв’язок між диханням і фотосинтезом

Коефіцієнт дихання при різних субстратах дихання та різному

ступені забезпечення тканин киснем

Методи вивчення дихання на світлі за газообміном

Залежність дихання від зовнішніх і внутрішніх факторів

Дихальний газообмін як елемент продукційного процесу рослин

VIII. ФІЗІОЛОГІЯ ОНТОГЕНЕЗУ РОСЛИН

8.1. Поняття про онтогенез, ріст і розвиток рослин

8.2. Принципи регуляції росту і розвитку

Ріст клітини

8.4. Культура ізольованих протопластів, клітин і тканин

8.5. Локалізація росту у вищих рослин, ріст органів

8.6. Фактори регулювання росту і розвитку

8.6.1. Ендогенні фактори

8.6.2. Екзогенні фактори

8.7. Ритміка фізіологічних процесів

8.7.1.Фотоперіодизм

8.8. Кореляції

8.9. Полярність

8.10. Рух рослин

8.10.1. Ростовий і тургорний рухи

8.11. Морфологічні й біохімічні ознаки загальних вікових

змін у рослин

8.11.1. Старіння і омолодження рослин та органів в онтогенезі

8.11.2. Управління генеративним розвитком рослин

8.12. Фізіологія цвітіння

8.12.1. Роль внутрішніх і зовнішніх факторів у цвітінні

8.12.2. Цвітіння і запліднення

8.13. Фізіологія формування насіння і плодів

8.14. Перетворення речовин при дозріванні плодів

8.15. Фізіологія спокою та проростання насіння

8.15.1. Ознаки та типи спокою насіння

8.15.2. Фази проростання насіння

8.15.3. Перетворення речовин у проростаючому насінні

IX. ПРИСТОСУВАННЯ І СТІЙКІСТЬ РОСЛИН

9.1. Пристосованість рослин як результат послідовних реакцій на дію

зовнішніх факторів у процесі еволюції.

Холодостійкість рослин

9.2.1. Способи підвищення холодостійкості рослин

9.3. Морозостійкість рослин

9.3.1. Фізіолого-біохімічні зміни при дії низьких температур

9.3.2. Способи підвищення морозостійкості рослин

9.3.3. Методи визначення морозостійкості рослин

9.4. Зимостійкість рослин

9.5. Вилягання рослин і його причини

9.6. Жаростійкість рослин

9.7. Посухостійкість рослин

9.7.1. Вплив нестачі вологи на біохімічні і фізіологічні процеси в рослині

9.7.2. Класифікація рослин відносно до наявності води

9.7.3. Критичні періоди рослин щодо дії посухи

9.7.4. Шляхи підвищення посухостійкості рослин

9.8. Солестійкість рослин

9.8.1. Типи рослин за солестійкістю

9.8.2. Фізіологічна дія засолення ґрунту на рослину

9.9. Стійкість рослин до забруднення навколишнього середовища

9.9.1. Газостійкість

9.9.2. Стійкість до забруднення ґрунту

9.10. Фізіологія формування урожаю

X.ФІЗІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ

БІОТЕХНОЛОГІЇ

10.1. Поняття про сучасну біотехнологію

10.1.1. Історія та передумови виникнення біологічних технологій як науки

10.1.2. Біотехнологія сьогодні

10.1.3. Біотехнологія у сільському господарстві

10.1.4. Наукові методи біотехнології

10.2. Культура тканин

10.2.1. Створення асептичних умов

10.2.2. Вибір та підготовка експлантів

10.2.3. Середовища для культивування рослинних об’єктів in vitro

10.2.4. Фактори, що впливають на ріст та розвиток

культур клітин та тканин

10.2.5. Отримання безвірусного матеріалу

10.3. Клітинна інженерія

10.3.1. Культура протопластів

10.3.2. Культура гаплоїдних клітин

10.3.3. Одержання ембріоїдів

10.3.4. Сомаклональна мінливість

10.3.5. Мікроклональне розмноження

10.3.6. Збереження живого рослинного матеріалу

10.4. Ферментація в біотехнології

10.5. Регулятори росту рослин

10.6. Генетична інженерія в рослинництві

10.6.1. Основи технологій створення генетично модифікованих

організмів. Перенесення генів.

10.6.2. Комерційне застосування генетичної інженерії

10.6.3. Застосування генетично модифікованих продуктів

в харчовій промисловості

10.6.4. Біобезпека застосування генетично модифікованих

організмів (ГМО)

СЛОВНИК

ПЕРЕДМОВА

Курс фізіології рослин з основами біотехнології займає одне з провідних місць у системі сільськогосподарської науки і відіграє значну роль у підготовці фахівців сільського господарства.

Розуміння законів життєдіяльності рослинного організму, можливість і уміння регулювати та керувати процесом росту і розвитку рослин становлять основу технологічних рішень для забезпечення найбільшого ефекту у галузях рослинництва, селекції, агрохімії, захисту рослин та землеробства.

Досягнення молекулярної біології, генетики та біотехнології в останні десятиліття ХХ ст. збагатили фізіологію рослин новими ідеями і підходами щодо виявлення потенційних можливостей і удосконалення використання генетично-біологічного потенціалу рослинного організму, реалізації їх у господарсько цінних показниках рослинництва.

На практиці почали використовувати фітогормональні препарати, трансгенні сорти, екологічно безпечні технології, що сприяло заміні екстенсивного розвитку сільського господарства та інтенсивний.

Україна має необмежені можливості щодо розвитку рослинництва на основі наукових досягнень сучасної фізіології рослин з основами біотехнології завдяки виключному потенціалу родючості ґрунтів. Проте завдання формування високої продуктивності сільськогосподарських рослин з відповідною якістю рослинницької продукції ускладнюється наявністю факторів радіаційного, техногенного, побутового забруднення та інших екологічних негараздів.

З огляду на зазначене вище високоефективне сільськогосподарське виробництво потребує застосування комплексу наукових знань про особливості життєдіяльності рослинного організму, його адапційних реакцій на певні екологічні фактори для отримання господарського ефекту.

Запропонований курс фізіології рослин з основами біотехнології розрахований на підготовку бакалаврів в аграрних вищих навчальних закладах ІІІ і ІV рівнів акредитації. У підручнику послідовно і взаємопов¢язано відповідно до програми навчальної дисципліни висвітлено фізіолого-біохімічні процеси, що відбуваються у рослинному організмі протягом життєвого циклу (водообмін, мінеральне живлення, фотосинтез, дихання, синтез, перетворення і транспорт органічних речовин) і забезпечують його ріст, розвиток, формування продуктивності рослин і стійкості до несприятливих факторів навколишнього середовища та їх регулювання на рівні клітини, органа і організму в цілому.

РОЗДІЛ I

ЗАГАЛЬНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ

РОСЛИННОГО ОРГАНІЗМУ

1.1. Предмет і завдання фізіології та біотехнології

Фізіологія рослин – це наука, що вивчає життєдіяльність і функції рослинного організму, як відкритої енергетичної системи, у взаємодії з умовами навколишнього середовища.

Вивчаючи закономірності життя рослин і шляхи керування процесами життєдіяльності, фізіологія рослин забезпечує розвиток людської цивілізації завдяки створенню матеріально–економічних факторів. Відомий класик біології, К.А. Тимірязєв підкреслював, що мета фізіології рослин полягає не лише у тому, щоб вивчити і пояснити життєві явища рослинного організму, але і дати можливість людині “за власної волі видозмінювати, припиняти або викликати ці явища”.

Закономірності, встановлені фізіологією рослин удосконалюють не лише практику вирощування рослин, але й використовуються для розробки прийомів одержання цінної продукції рослинництва у процесах сільськогосподарського виробництва із застосуванням біотехнології. Біотехнологія базується на використанні живих організмів і біологічних процесів для одержання промисловими методами потрібної продукції.

1.2. Основні етапи розвитку фізіології рослин

Як самостійна наука фізіологія рослин сформувалася наприкінці XVII століття. Її становленню сприяли відкриття основних законів фізики і хімії. Перший підручник з фізіології рослин написав Ж.Сенеб’є у 1800 році.

Вивчення процесу живлення займає значний період в історії фізіології рослин. У 1629 р. голландський вчений Я.Б.Ван-Гельмонт завдяки своїм дослідам сформулював водну теорію живлення рослин, і, хоча вона була помилковою, всеж вперше дала матеріалістичне уявлення про життєдіяльність рослин. На її зміну наприкінці XVII ст. прийшла гумусова теорія живлення рослин, пропагандистом якої був німецький вчений агроном А.Теєр. Згідно з теорією, вважалося, що живлення рослин відбувається завдяки поглинанняю органічних речовин з ґрунту.

Остаточно сутність кореневого живлення була розкрита видатним німецьким вченим Ю. Лібіхом у 1840 р., який довів незначне засвоєння рослинами органічних речовин з ґрунту і сформулював теорію мінерального живлення рослин. Подальшому розвитку теорії живлення сприяв француз Ж.Буссенго, який встановив основні джерела азоту для рослин. Д.М. Прянишников у 1900–1925 роках доповнив своїми працями цю теорію, висвітливши питання азотного і фосфорного живлення рослин.

Водночас, починаючи з XVIII ст., розкривається роль вуглекислого газу, сонячного світла і листків при формуванні органічних речовин у рослинному організмі. Англійським вченим Д. Прістлі у 1771 р. було доведено виділення рослиною кисню, а що це відбувається лише на світлі встановив у 1779 р. голландець Я. Унгенхауз. Завдяки роботам Ж. Сенеб’є, К.А. Тимірязєва і А.С.Фамінцина сформовано остаточне уявлення про роль фотосинтезу у повітряному живленні рослин. Серед досліджень фотосинтезу особливе місце належить К.А.Тимірязєву. Він розробив концепцію фотосинтезу як біологічного процесу перетворення енергії сонця в хімічну енергію органічних сполук, водночас створив оригінальну наукову школу фізіології рослин, учнями якої були Ф.Н. Крашенінников, В.І. Палладін, Є.Ф. Вотчал, Д.М. Прянишников, П.С. Косович.

Бурхливий ріст науки на прикінці XVIII століття дозволив розкрити сутність іншого важливого процесу у життєдіяльності рослинного організму – дихання. Швейцарський вчений Н.Соссюр у 1797 році довів принципову аналогічність цього процесу у тварин і рослин. Зміст окисно-відновних процесів при диханні і роль води при цьому розкрив А.М.Бах. Остаточно хімізм дихання встановлено за участю В.І.Палладіна, Г.Кребса, С.П.Костичева.

На середину і другу половину XX ст. припадають подальші дослідження з фізіології рослин. Д.А.Сабініним встановлені закономірності росту і розвитку рослин, розроблена адсорбційна теорія засвоєння кореневою системою мінеральних речовин. В.М. Любименко дослідив утворення хлорофілу та фотоперіодизму рослин. М.О. Максимов вивчив посухостійкість рослин. Була створена М.Г. Холодним гормональна теорія тропізмів.

В Україні фізіологічні дослідження розпочав наприкінці XIX ст. професор Київського університету У.В. Баранецький. Українську школу фізіології рослин заснував Є.П. Вотчал, якому належать класичні дослідження продуктивності і цукристості цукрового буряку. Розвитку української школи фізіології рослин сприяли своїми працями В.Р. Заленський, А.С. Оканенко та ін. Першим організував наукові лабораторії з фізіології рослин В.М. Любименко у Харкові та Києві. На середину XX с. припадає і створення лабораторії штучного культивування тканин рослин. У Києві Ю.Ю. Глєбою розпочаті перші дослідження з генної інженерії рослин.

1.3. Фізіологія рослин як фундаментальна біологічна наука та теоретична основа агрономічних наук

Всебічне і ґрунтовне вивчення закономірностей у процесах життєдіяльності рослинного організму забезпечує можливість використання набутих знань не лише для отримання високої продуктивності сільськогосподарських рослин у виробництві, але й сприяє подальшому розвитку та підвищенню ефективності інших галузей біологічної науки.

Як фундаментальна біологічна наука і теоретична основа рослинництва, вона вирішує дві головні взаємопов’язані проблеми: 1) всебічне вивчення метаболічних процесів рослинного організму з метою пізнання суті життя – основного теоретичного питання біології; 2) вивчення закономірностей життєдіяльності рослин в онтогенезі у різних екологічних умовах з метою розв’язання практичних завдань рослинництва.

Дата добавления: 2015-07-18