Физиология растений что изучает 6 класс
Рабочая программа учебного курса «Физиология растений» 6 класс
«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение
Сергеевская средняя общеобразовательная школа
Подгоренского муниципального района Воронежской области
на заседании школьного методического объединения учителей_________________________________________
от «___»__________201__ г.
Заместитель директора по УВР
МКОУ Сергеевской СОШ ___________/ Беднякова И.А./
Директор МКОУ Сергеевской СОШ
от «_____»________201_ г.
учебного курса по биологии
на 2016-2017 учебный год
Саурская Валентина Васильевна,
учитель химии и биологии, I КК
I. Пояснительная записка
Рабочая программа учебного курса «Физиология растений» разработана на основе требований к результатам освоения основной образовательной программы основного общего образования муниципального казенного общеобразовательного учреждения Сергеевской средней общеобразовательной школы, с учетом Примерной программы по биологии для основной школы, требований к результатам основного общего образования, представленных в Федеральном государственном образовательном стандарте общего образования второго поколения, и авторской программы И.Н. Пономарёвой., В.С. Кучменко, О.А. Корниловой и др. Биология : 5-11 классы. — М.: Вентана-Граф, 2014.
Курс «Физиология растений» относится к общеинтеллектуальному направлению
реализации учебного курса в рамках ФГОС.
Рабочая программа ориентирована на учебник авторов-составителей И.Н.Пономарёвой, И.В.Николаева, О.А.Корниловой «Биология». Учебник для 6 класса общеобразовательных учреждений. – Москва, «Вентана-Граф», 2014.
Согласно учебному плану на изучение учебного курса «Физиология растений» отводится в 6 классе 1 час в неделю в 3 четверти (всего 10 часов).
Срок реализации рабочей программы – один учебный год.
II . Планируемые результаты освоения учебного курса
Личностными результатами изучения курса являются следующие умения:
Осознавать единство и целостность окружающего мира, возможности его
познаваемости и объяснимости на основе достижений науки.
Постепенно выстраивать собственное целостное мировоззрение: осознавать
потребность и готовность к самообразованию, в том числе и в рамках самостоятельной деятельности вне школы.
Метапредметными результатами изучения курса является формирование универсальных учебных действий (УУД).
Самостоятельно обнаруживать и формулировать учебную проблему, определять цель
Выдвигать версии решения проблемы, осознавать конечный результат, выбирать из
предложенных и искать самостоятельно средства достижения цели.
Составлять (индивидуально или в группе) план решения проблемы (выполнения проекта).
Работая по плану, сверять свои действия с целью и, при необходимости, исправлять
Анализировать, сравнивать, классифицировать и обобщать факты и явления.
Выявлять причины и следствия простых явлений.
Осуществлять сравнение, классификацию, самостоятельно выбирая
основания и критерии для указанных логических операций; строить классификацию.
Строить логическое рассуждение, включающее установление причинно-следственных
Создавать схематические модели с выделением существенных характеристик объекта.
Преобразовывать информацию из одного вида в другой (таблицу в текст и пр.)
Вычитывать все уровни текстовой информации.
Уметь определять возможные источники необходимых сведений, производить поиск
информации, анализировать и оценивать достоверность.
Самостоятельно организовывать учебное взаимодействие в группе (определять общие
цели, распределять роли, договариваться друг с другом и т.д.)
Отстаивая свою точку зрения, приводить аргументы, подтверждая их фактами.
В дискуссии уметь выдвинуть контраргументы, перефразировать свою мысль.
Учиться критично относиться к своему мнению, с достоинством признавать
ошибочность своего мнения (если оно таково) и корректировать его.
Понимая позицию другого, различать в его речи: мнение (точку зрения),
доказательство (аргументы), факты; гипотезы, аксиомы, теории.
Уметь взглянуть на ситуацию с иной позиции и договариваться с людьми иных
Цели использования лаборатории:
осуществлять новые подходы в обучении;
способствовать формированию у учеников навыка самостоятельного поиска, обработки и анализа информации, раскрытию творческого потенциала учащихся;
создание электронного ресурса, содержащего различные виды объектов (текстовые, анимированные модели, презентации).
В ходе проведения занятий используется групповая работа. Дети учатся работать в группах (по количеству и по численности). При проведении занятий активно используются возможности компьютера, Интернет-ресурсов, комплектов лабораторного оборудования, цифровой лаборатории и т.п., также школьники работают с разнообразной литературой: словарями, справочниками, энциклопедиями и т. д.
Тест ЕГЭ Биология 11 класс Бесплатно Физиология растений
Введение
Для растений, как и для любого живого существа, характерны все признаки живого: дыхание, питание, рост, размножение.
Фотосинтез как способ питания характерен только для растительных клеток, в которых есть хлоропласты.
Наука, которая изучает процессы жизнедеятельности в растениях, называется физиология.
Физиология растений— наука, которая изучает закономерности жизненных процессов (фотосинтез, дыхание, минеральное и водное питание, рост и развитие и др.), их сущность и взаимосвязь с окружающими условиями.
Процессы, происходящие в растительных клетках
В живой клетке цитоплазма по большей части состоит из воды.
При потере воды объем цитоплазмы уменьшается, а при поступлении воды увеличивается до первоначального объёма.
Плазмолиз— отставание цитоплазмы от оболочки клетки в гипертоническом растворе вследствие выхода воды из клетки.
Гипертонический раствор- раствор, имеющий более большую концентрацию вещества по отношению к внутриклеточному раствору.
Деплазмолиз— исчезновение плазмолиза.
Эти процессы способны происходить только в живых клетках, так как только живые клетки обладают свойством полунепроницаемости мембран и цитоплазмы.
Длительный плазмолиз приводит клетку к гибели.
Осмотическое давление
Движение воды в клетке зависит от количества соли в межклеточном пространстве и самой клетке.
Движение воды через полунепроницаемую мембрану из области с низкой концентрацией соли в область с высокой концентрацией соли называется осмос.
Если раствор в клетке перенасыщен солями, то вода, которая находится снаружи клетки, стремится его разбавить.
Когда, наоборот, межклеточная жидкость более «соленая», то вода вытекает из клетки в направлении более высокой концентрации ионов.
Более подробно про дыхание растений можно прочитать в нашем уроке «Дыхание растений. Передвижение и испарение воды в растениях»
Давление, которое оказывает раствор на мембрану, называется осмотическим давлением.
Осмотическое давление обусловлено наличием полунепроницаемой перегородки, разделяющей растворы в клетке и вне клетки.
У растворов, не разделенных полунепроницаемой перегородкой, такого явления не наблюдается.
Осмотическое давление связано с такими процессами, как функция поглощения воды, сохранение формы органов, рост и движение растения.
Тургор— напряженное состояние клеточной оболочки. Он зависит от количества воды в клетке.
Тургорное давление— внутреннее давление, которое развивается в растительной клетке, когда в неё в результате осмоса входит вода и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку.
Тургор обуславливает упругость клеток и тканей, а также открывание и закрывание устьиц листа.
Если тургорное давление в замыкающих клетках большое, то устьичная щель открывается, а если воды становится меньше и тургор уменьшается, то устьичная щель закрывается.
Более подробно можно прочитать в нашем уроке «Строение листа»
Если кратко, то осмос- это диффузия воды через клеточную мембрану, а тургор- упругость клеток, тканей органов в следствии давления содержимого клеток на их эластичные стенки.
Сосущая сила клетки- сила, с которой вода поступает в клетку.
Она определяется разницей между осмотическим и тургорным давлением.
От этой силы зависит поступление воды в растение и передвижение ее из клетки в клетку
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Движение воды у растений
В листовой пластинке растений происходит фотосинтез и испарение воды (транспирация).
В листе развиты следующие ткани, которые так или иначе контролируют водный режим листа и всего растения:
Вспомните строение листа в нашем уроке «Строение листа»
Транспирация (движение воды и ее испарение через наружные органы) может осуществляться не только через устьица, но и через клетки кожицы верхней поверхности листа, покрытые кутикулой.
Такое испарение воды называется кутикулярная транспирация.
Но испарение воды с верхней поверхности листа незначительное, т.к. лист покрыт восковым налетом и устьица практически там отсутствуют.
Поэтому устьичная транспирация идет намного интенсивнее, чем кутикулярная.
Испарение воды растением способствует передвижению воды и минеральных веществ от корней по стеблю к листьям.
Лист называют верхним двигателем водного тока.
Посмотрите на опыт, демонстрирующий транспирацию растения:
Поставьте в баночку с водой срезанные веточки какого-нибудь растения.
Чтобы исключить прямое испарение воды из банки, налейте на ее поверхность чуть-чуть растительного масла: оно полностью закроет поверхность воды и будет препятствовать ее испарению.
Отметьте на банке уровень воды, и скоро вы заметите, как опускается уровень воды в пробирке.
Это будет происходить благодаря устьичной и кутикулярной транспирации.
Важно отметить, что транспирация у хвойных растений идет медленнее и количество испаряемой воды небольшое за счет ограниченного числа устьиц и плотной кожице хвоинок.
Транспирация способствует защите растения от перегревания, току воды и минеральных веществ по сосудам растения и способствует увеличению нагнетающей работы в корне.
Корневое давление
Корень всасывает из почвы воду и растворенные в ней минеральные вещества.
Условием поступления воды в корень является превышение сосущей силы клеток корня над сосущей силой почвенного раствора.
Сосущая сила в клетках корня возникает вследствие испарения воды листьями (транспирации).
Корень может поглощать воду и перемещать ее в стебель растения и без участия листьев и процесса транспирации.
Этот процесс осуществим благодаря корневому давлению.
Корневое давление— сила, с которой корень нагнетает воду в стебель.
Корневое давление возникает за счёт разницы осмотического давления в клетках корня и почвенного раствора.
Корень считают нижним концевым двигателем водного тока.
Корневое давление играет большое значение весной, ведь листьев еще нет и транспирация не осуществляется, поэтому только за счет корневого давления осуществляется ток воды по растению весной.
Это можно проверить опытом, показывающим силу корневого давления:
Берем растение бальзамина и срезаем его побег, оставив только небольшой пенек и корень в почве, на пенек надеваем стеклянную трубку, через некоторое время вода будет подниматься по трубке и вытекать наружу.
Делаем вывод: корень всасывает воду из почвы и по сосудам корня вода под давлением попадает в стебель растения.
Также силу корневого давления мы можем увидеть в опыте с березой.
Весной, надломив ветку березы, мы увидим, как из ветки маленькими каплями вытекает жидкость, собрав которую мы получим березовый сок, но как исследователи убедимся, что движение воды в растении происходит и одна из причин- это корневое давление.
Вода, на самом деле, способна двигаться против силы тяжести.
Правда, только в очень тонких сосудах- капиллярах.
В этом ей помогают силы поверхностного натяжения.
Пока воздействие этих сил больше, чем давление столба воздуха, жидкость будет стремиться по капилляру вверх.
Можно провести опыт, доказывающий движение воды и минеральных веществ по сосудам растения
Возьмем лист бальзамина или цветок подснежника, опустим в воду с окрашенной водой (чернила для окрашивания, как бы дает замену минеральным веществам) и увидим, что по жилкам (сосудам) поднимается окрашенная вода.
Гуттация
Гуттация- процесс выведения воды в виде капель жидкости на поверхности растения.
Её еще называют «плач растения».
Гуттация происходит если количество нагнетаемой корнями воды превышает количество воды, нагнетаемой листьями.
Если в почве достаточно много влаги и в воздухе повышенная влажность, то растение выделяет капельки жидкости на поверхность листьев.
Гуттация также свидетельствует о наличии корневого давления.
Гуттация на листьях клубники:
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Питание растений. Дыхание растений. Листопад
Для растений также, как и для любых живых существ, характерно питание.
Без питательных веществ растение может погибнуть.
Выделяют воздушное и почвенное (корневое) питание растений.
Воздушное питание растений.
Животные являются гетеротрофами, то есть питаются готовыми органическими веществами, а растения являются автотрофами, то есть они сами для себя создают органические вещества.
Фотосинтез- это процесс образования органического вещества (крахмала, глюкозы) из углекислого газа и воды с использованием солнечной энергии.
Опыт, доказывающий образование органического вещества, крахмала, в листьях растений:
Растение на несколько дней ставят в темную комнату, чтобы крахмал в листьях был израсходован растением и не образовывался вновь.
На одном листе этого растения закрепим полоску плотной бумаги с двух сторон.
Выставим растение на солнечный свет на час, потом срежем лист, на котором была закреплена полоска бумаги.
Далее опустим его на 1 минуту в кипяток, затем- в горячий спирт.
Промоем лист в воде, а затем в стеклянной чашечке зальём его слабым раствором йода.
Часть листа, на который попадал свет, окрасится в синий цвет.
Участок листа, на который не попадал свет, только слегка пожелтеет от йода.
Вывод: образование крахмала происходит в листьях только на свету.
Отличие дыхания от фотосинтеза:
Дыхание
Фотосинтез
свойственно всем клеткам
характерно только для растений
углекислый газ выделяется
углекислый газ поглощается
образуются сложные химические вещества
Опыт доказывающий выделение кислорода при фотосинтезе:
Почвенное питание растений осуществляется корнями, которые всасывают минеральные вещества в виде водного раствора их солей.
Вода является необходимым условием жизни растений, ведь она растворяет минеральные вещества и способствует транспортировке минеральных веществ по растению.
Минеральные вещества необходимые для растений:
Почвенное и воздушное питание растений- два звена одного физиологического процесса.
Только при достаточном минеральном питании фотосинтез протекает интенсивно, и растения хорошо растут и развиваются, а без процесса фотосинтеза клетки не дополучают органические вещества и происходит нарушение жизнедеятельности всего растения.
Растения являются продуцентами, то есть создают сами органические вещества в процессе фотосинтеза, а значит являются начальным звеном пищевой цепи.
Способность растений с помощью хлорофилла и хлоропластов поглощать энергию солнечного света и использовать ее на образование органических веществ из неорганических определяет их космическую роль в природе.
Дыхание растений
Все о дыхании растений и опытах доказывающих дыхание растений, вы можете посмотреть в нашем уроке «Дыхание растений. Передвижение и испарение воды в растениях»
Рыхление почвы обеспечивает доступ кислорода воздуха к корням растений.
Листопад
Листопад- это естественный процесс отделения листа от стебля.
Он является приспособлением растения к перенесению неблагоприятных условий.
Осенью в основании листа многих растений начинает разрастаться отделительный слой, под основанием черешка.
Отделительный слой прекращает поступление соков в лист.
Под ним размножаются пробковые клетки.
Пробковые клетки закрывают место, где был лист, от попадания бактерий, пересыхания и других негативных воздействий.
На схеме видны процессы, которые происходят в растениях во время листопада:
У тропических растений листопад может начинаться перед засухой или в холода.
Таким образом листопад способствует сохранению воды в растении, а в период неблагоприятных условий избавляет от ненужных (вредных) веществ, которые накопились в растении.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Движение и рост растений
Тропизмы— движения, вызванные односторонним воздействием какого-либо фактора внешней среды (света, силы земного притяжения и др.).
Настии— движения, вызванные рассеянным влиянием какого-либо фактора (света, температуры и др.)
Например, если растение изгибается к источнику раздражения, то в этом случае мы говорим о положительных тропизмах и настии.
При отрицательные тропизмах и настии изгибание происходит от источника раздражения.
Фототропизм— ростовая реакция растения на действие света, имеет большое значение, так способствует выносу листьев и стебля к свету, необходимого для жизни зеленного растения.
Геотропизм— ростовая реакция растения на действие силы притяжения.
В большинстве случаев корень обладает положительным геотропизмом (рост по направлению к центру Земли), а стебель отрицательным.
При любом положении проростка в пространстве главный корень всегда изгибается вниз, а стебель вверх.
Хемотропизм— движение растений под влиянием химических веществ.
Фотонастии— движения, вызванные сменой света и темноты.
Цветки одних растений (соцветия одуванчика) закрываются при наступлении темноты и открываются на свету.
Цветки других растений (табака) открываются с наступлением темноты.
Термонастии— движения, вызванные сменой температуры.
Ряд растений (тюльпаны, крокусы) открывают и закрывают цветки в зависимости от температуры.
Рост растений
Рост корня в длину осуществляется за счет деления клеток кончика корня, которые являются верхушечной образовательной тканью- меристемой.
Рост стебля в длину также осуществляется за счет работы верхушечной образовательной ткани.
Корень и стебель растут своими верхушками.
У злаковых растений, обладающих полым стеблем (соломиной), рост происходит не только в верхушке, но и в каждом междоузлии.
Стебель у злаковых состоит из нескольких узлов и междоузлий, и в каждом основании узла идет рост за счёт нахождения там образовательной ткани, этим объясняется быстрый рост стебля злаковых.
Такой рост злаковых растений называется вставочным.
На рост растений, прорастание семян также оказывает влияние температура, количество света и влаги.
При пониженной температуре (+5 ○ С) рост идет очень медленно.
Если температуру повышать до +15 ○ С, то интенсивность роста увеличивается в разы, особенно благоприятна температура +25 ○ С.
Что касается света, то здесь двоякий ответ.
Без солнечного света в растении не идет фотосинтез, то есть жить без солнечных лучей растение не может, однако свет притормаживает рост растений в длину.
В темноте растение активнее растет в длину при наличии органических веществ, которые образовались при фотосинтезе.
Но если длительно держать растение в темноте оно становится хилым, сильно вытягивается, теряет свою окраску, становится бледно-желтого цвета, механические ткани плохо развиты и часто стебель и лист не могут держать свою форму.
Каждое растение нуждается в воде.
Для каждого растения свои нормы влажности почвы.
Вред от избытка воды в почве заключается в том, что доступ воздуха к корням растений затрудняется или совсем прекращается, клетки корня погибают и постепенно гибнет все растение.
Для прорастания семян необходима влага, оптимальная температура, кислород для дыхания.
Но важно учитывать, что хранение влажных семян в зернохранилищах недопустимо.
Ведь именно вода запускает в семенах обменные процессы, при которых усиливается дыхание и активно образуется энергия в семенах, что может вызвать их сильное нагревание.
Во-вторых, семена поглощая влагу, набухают, а некоторые из них начинают прорастать.
Затем от недостатка влаги проростки погибают.
В-третьих, на влажных семенах может развивается плесень, которая приводит к их порче.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Физиология растений что изучает 6 класс
ВВЕДЕНИЕ
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ – наука, которая изучает жизнедеятельность и функции растительного организма во взаимодействии с условиями окружающей среды.
Предметом физиологии растений – являются исследования общих закономерностей жизнедеятельности растений, как открытой энергетической системы, которая состоит из подсистем. Основной структурной единицей растительного организма есть клетка.
Объектом исследования физиологии являются клетки, ткани, органы и целые растения, которые выращивают в лабораториях или в полевых условиях, или в закрытом грунте.
Микробиология исследует значение микроорганизмов в развитии патологических процессов, выработки иммунитета при инфекционных заболеваниях человека, животных, растений, проводит разработку эффективных методов профилактики и борьбы с вредными микробами – возбудителями болезней. Рассматривает вопросы использования полезных микроорганизмов в медицине, ветеринарии, кормопроизводстве и экологии.
Возникает необходимость глубокого анализа характера микробиологических процессов, которые проходят в почвах, занятых сельскохозяйственными культурами, умение оценить влияние агротехнических мероприятий на характер микрофлоры и деятельность микроорганизмов. В дальнейшем это позволит успешно управлять процессами повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.
ЗАДАЧИ ФИЗИОЛОГИИ:
1. Изучение физиологических и биохимических процессов растительного организма в онтогенезе (индивид. развитие), что обеспечивает улучшение технологии выращивания, хранения и переработки продукции.
2. Разработка новых методов эффективного использования воды растением. Экология водного режима и физиология растений в условиях орошения.
3. Усовершенствование теории минерального питания для эффективного использования минеральных удобрений и повышения продуктивности растений.
4. Дальнейшее изучение механизма фотосинтеза и усовершенствование методов, способствующих увеличению использования растениями солнечной энергии.
5. Исследование роста и развития растений и разработка методов, направленных на управление этими процессами.
6. Изучение физиологии формирования качества урожая, независимо от экологических условий выращивания растений.
7. Дальнейшее изучение устойчивости растений к неблагоприятным факторам природы и деятельности человека (вредные выбросы промышленности и транспорта).
ДЫХАНИЕ – совокупность распада органических веществ, которые накопились при фотосинтезе. Различают дыхание: анаэробное – без доступа кислорода, и аэробное – с доступом кислорода. Как человек может повлиять на этот процесс?
РАЗВИТИЕ – смена фенологических фаз в процессе онтогенеза. У зерновых выделено 7 фаз.
ОНТОГЕНЕЗ – индивидуальное развитие растений, комплекс последовательных необратимых изменений жизнедеятельности и структуры растений (от семени и до смерти).
МЕТОДЫ ФИЗИОЛОГИИ
Лабораторные и полевые исследования, а также культура тканей и клеток.
Они включают изучение физиолого-биохимических процессов клетки, водного обмена, дыхания, минерального питания растений, процессов синтеза, транспорта, превращение и накопление органических соединений, физиологических особенностей онтогенеза и стойкости растений к неблагоприятным факторам внешней среды, а также взаимодействия с другими организмами.
Исследования на клеточном и молекулярном уровнях проводят с помощью методов микроскопии, электронной микроскопии, газовой хроматографии, радиоактивных и стабильных изотопов.
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ КАК НАУКИ
Вначале развивалась как составная часть ботаники. Как самостоятельная наука сформировалась в конце 17века. Истинный основатель – швейцарский ученый Ж. Сенебье. (1800г).
М. Мальпиги (итал)- 1675г. Р. Гук (1665г) – учение о микроскопическом строении растений.
Английский ученый Д. Пристли в 1771г.- выделение кислорода зелеными растениями, а то, что это протекает на свету, установил в 1779г. Голландец Я. Унгенхауз.
Сущность корневого питания была раскрыта немецким ученым Ю. Либихом в 1840г. Он сформулировал теорию минерального питания.
К. Тимирязев – фотосинтез, это биологический процесс превращения энергии солнца в химическую, создал оригинальную школу физиологии растений.
Быстрый рост науки в конце 18века позволил раскрыть сущность другого важного процесса в жизнедеятельности растительного организма – как дыхание. Швейцарский ученый Н. Соссюр в 1797г. Доказал принципиальную аналогичность этого процесса у животных и растений.
Химизм дыхания установлено следующими учеными – В. Палладин, Г. Кребс, С. Костычев.
Д. А.Сабинин установил закономерности роста и развития растений.
М. Максимов – изучал засухоустойчивость растений.
Д. Гродзинский – физиологию устойчивости растений к неблагоприятным условиям.
Ф. Мацков – внекорневое питание.
Современная агрономия – это синтез новейших достижений биологической и сельскохозяйственной науки и практик. Без понимания сущности микробиологических процессов почвы, умения анализировать роль микроорганизмов, которые отвечают за их происхождение, невозможна успешная деятельность будущих агрономов, а также усовершенствования современных технологий выращивания сельскохозяйственных культур.
ВЗАИМООТНОШЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ И РАСТЕНИЙ
Важное значение имеют микроорганизмы для жизни растительного мира.
В результате их жизнедеятельности обеспечиваются пригодными для усвоения организмами, минеральными и азотистыми соединениями.
Начиная от посева семян и заканчивая дозреванием растений и уборкой урожая, рост и преобразование растительного сырья на продукты питания и корма, происходит это все при помощи микроорганизмов почвы.
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Клетка – основная структурно-функциональная единица живой материи, которая находится в основе строения и развития всех организмов. В клетке происходят все жизненные процессы: питания, выделения, новообразование ее элементов, деление, реакция на раздражимость.
Клетка – это элементарная биологическая открытая система, которая способна к самовоспроизведению, саморегуляции и саморазвитию. Для прохождения этих процессов в клетке должны постоянно протекать обмен веществ и образовываться энергия.
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ (МЕТАБОЛИЗМ) – обмен между организмами и средой (внешний обмен), а также транспортировка веществ в организм (внутренний обмен). Метаболизм характеризуется 2 взаимосвязанными процессами жизнедеятельности – анаболизмом и катаболизмом.
Анаболизм – это совокупность биохимических процессов, которые помогают усвоению питательных веществ и энергии, созданию тела клетки (фотосинтез).
Катаболизм – распад органических веществ, синтезированных при анаболизме, на более простые, необходимые для построения новых органических соединений и освобождения (выделения) определенного количества энергии (дыхание).
Единство этих 2 типов обмена и составляет основу жизни.
ОБЩАЯ МОРФОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Согласно современным представлениям, растительная клетка состоит из 3 основных частей – оболочки, протопласта и вакуоли. Клеточная оболочка относительно жесткая, сложная в химическом отношении и является продуктом деятельности протопласта. Протопласт – живая часть клетки, является коллоидным раствором с размещенными в нем структурными элементами (ядро, пластиды, митохондрии, Эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, рибосомы). Вакуоли – это неживые образования, заполненные растворами неорганических солей, поглощенных клеткой и органических веществ – продуктов метаболической деятельности клетки.
Морфологические отличия клеток обусловлены характером биологических процессов и типом обмена веществ. Если растительная клетка выращивается изолированно, то ее форма приближается к сферической, если в окружении других клеток, то может иметь форму многогранника. Клетки эмбриональных тканей и конуса нарастания очень маленьких размеров. У молодых клеток оболочка тонкая. Со временем, с увеличением объема клетки, количество протопласта постепенно увеличивается, в нем образуется много мелких вакуолей, которые постепенно сливаются в 1 большую и оболочка утолщается.
СТРОЕНИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ КОМПОНЕНТОВ КЛЕТКИ
Клеточная оболочка и ее функции. Оболочка клетки образуется из продуктов секреторной деятельности протопласта, которые постепенно наслаиваются в процессе развития клетки.
Между оболочками соседних клеток существует средняя пластинка, которую образуют вначале гелеподобные пектиновые вещества, но позже она дополняется целлюлозою и другими полисахаридами и приобретает жесткость. У древесных клеток оболочка насыщена лигнином.
Первичная оболочка клетки состоит из целлюлозных микрофибрил, погруженных в основное вещество – матрикс. Благодаря пространству между фибриллами клеточная стенка имеет достаточную гибкость.
Во время формирования клетки внешняя оболочка испытывает сильное давление сбоку протопласта, растягивается, и при этом к ней добавляется новый строительный материал – происходит ее рост и утолщение. Рост клеточной стенки возможен благодаря деятельности аппарата Гольджи.
Вещества матрикса и углеводные компоненты будущего целлюлозного каркаса переносятся к плазмалемме пузырьками диктиосом, где с помощью ферментов, связанных с мембраной клетки, происходит синтез и строение клеточной стенки. Как правило, в 2 оболочке выделяют 3 слоя – внешний, средний и внутренний. В этих слоях угол расположения целлюлозных микрофибрил разный, что обеспечивает твердость (плотность), незначительную пластичность оболочки и высокую прочность всей структуры.
У некоторых клеток, например, мезофилла, формирование клеточной оболочки заканчивается, как только клетка достигает своей максимальной величины. В других тканях в клетках, которые закончили свой рост, с внутреннего бока образуется вторичная клеточная оболочка с твердой структурой. Такое утолщение оболочки уменьшает объем протопласта. Со временем весь протопласт отмирает полностью, остаются только пустые цилиндры из клеточных оболочек, которые выполняют механическую функцию или функцию проводных тканей.
Вторичная клеточная оболочка пронизана многочисленными порами. Делянка оболочки с порами очень тонкая, состоит только из средней внутренней пластинки и первичной клеточной стенки.
В зрелых живых клетках поры представлены канальцами, это объединяет внутреннюю часть вторичной клеточной стенки и внешнюю часть первичной. Поры могут размещаться группами, образуя поровые поля, которые играют важную роль в пропуске воды, растворов минеральных и пластических веществ.
ПРОТОПЛАСТ – это коллоидная система. В живой клетке она находится в постоянном движении, благодаря которому обеспечивается оптимальное размещение органелл, лучшему протеканию биохимических реакций, удалению продуктов обмена из вакуоли и за границей клетки. Основу протопласта составляет цитоплазма.
Химический состав цитоплазмы (вода – 75-85%, белки и аминокислоты – 10-12%, углеводы – 4-6%, жиры и липиды – 2-3%, другие органические вещества – около 1%,минеральные вещества – 2-3%) благоприятствует образованию коллоидного раствора, который не смешивается с водой и веществами вакуолей.
Цитоплазме свойственна эластичность и довольно высокая плотность. Например, в клетках паренхимы коры бобов ее вязкость в 24 раза выше, чес у воды.
Вязкость цитоплазмы неоднородная. Периферическая часть ее, которая прилегает к оболочке, более вязкая и отделяется от нее поверхностной мембраной – плазмалеммой. От вакуоли цитоплазма отделена другой поверхностной мембраной – тонопластом. Между этими мембранами находится менее вязкий внутренний слой цитоплазмы – мезоплазма, которая является цитоплазматическим матриксом, который пронизан эндоплазматической сеткой (внутренней мембраной). В цитоплазматическом матриксе постоянно происходят процессы обмена веществ.
Различают гидрофильные вещества, хорошо растворимые в воде вследствие способности молекул воды образовывать с молекулами водные связи и гидрофобные вещества, которые в воде практически не растворимы, потому что молекулы большинства из них не имеют полярности.
Вода является не только растворителем для растений питательных веществ, компонентом структуры цитоплазмы, но и средой, в которой происходят все биохимические реакции.
Центральным и важнейшим органом клетки является – ядро. Это неотъемлемая часть любой клетки. В нем заключена вся генетическая информация. Ядро имеет довольно сложную структуру. Форма его – шаровидная или овальная. Размер колеблется в широких пределах.
Сверху ядро окружено мембраной пористой структуры, которая при помощи элементов ЭПС соединена с мембранами других клеточных структурных компонентов.
Ядро не только содержит генетическую информацию, но и передает ее цитоплазме (синтез информационной РНК) от клетки к клетке (деление ядра, деление клетки, размножение, наследственность). Среди белков ядра преобладают нуклеопротеиды. Структура ядра зависит от функционального состояния клетки.
В интерфазном ядре хромосомы имеют вид бесформенных скоплений хроматина, которые увеличились в объеме. Перед началом деления ядра каждая хромосома состоит из 2 хроматид, которые в анафазе делятся. Далее, в новой клетке хроматида удваивается и становится хромосомой с полным набором генетической информации.
ХРОМОСОМЫ или хроматин у эукариотов состоят из 4 видов молекул:
3. Щелочного низкомолекулярного белка-гистона (40%)
4. Кислого негистонового белка, кроме ферментов (10%) и незначительного количества жиров, полисахаридов и ионов металлов.
ЯДРЫШКО – круглое образование высокой плотности, которое не имеет мембран. Оно состоит с более компактного, чем ядро материала, содержит рибонуклеиновую кислоту (15%) и белки (80%). В ядрышке содержатся в большом количестве субъединицы хромосом. Эти рибонуклеопротеидные гранулы вместе с рибонуклеопротеидными ниткообразными структурами (фибриллами) погружены в нуклеоплазму. В ядрышке синтезируются многочисленные рибосомные белки-гистоны, накапливается РНК перед выходом в цитоплазму. Также в ядрышке собираются другие типы РНК (транспортная РНК).
ПЛАСТИДЫ – продукты жизнедеятельности растительной клетки. Они образуются из пропластид – маленьких амебоподобных тел, которые берут начало от мельчайших частичек, которые отделяются от ядра и содержат нуклеоплазму. В растительных клетках содержится 3 типа пластид: лейкопласты (бесцветные), хлоропласты (зеленые) и хромопласты (оранжевые). Совокупность пластид принято называть «пластидом».
Пластиды всех 3 типов могут взаимно преобразовываться. Например, лейкопласты преобразовываются в хлоропласты при позеленении картофеля на свету, в темноте хлоропласты теряют зеленую окраску и превращаются в лейкопласты, при дегенерации хлоропластов и разложении хлорофилла преобразуются в хромопласты. (осенняя окраска листьев).
Хлоропласты имеют зеленую окраску, это обуславливается наличием в них хлорофилла.
МИТОХОНДРИИ содержатся в цитоплазме всех клеток эукариотов. В процессе полового размножения промитохондрии передаются потомству через яйцеклетку. Размножение митохондрий происходит путем поперечного деления, а также почкованием. Образовавшиеся дочерние органеллы – промитохондрии со временем преобразуются в зрелые митохондрии.
В состав митохондрий входят белки, жиры, витамины, рибосомы, РНК, ДНК, ферментативный комплекс.
Основной функцией митохондрий является обеспечение процессов жизнедеятельности клетки необходимой энергией путем преобразования энергии химических связей при окислении дыхательного субстрата в энергию макроэнергетических связей аденозинтрифосфорной кислоты АТФ). Митохондрии – энергетические станции. Образование АТФ происходит при ферментативном расщеплении углеводов, жирных кислот, аминокислот в процессе окислительного фосфорилирования. В них проходит биосинтез липидов и белков, которые принимают участие в общем процессе транспорта ионов в клетку.
РИБОСОМЫ – ультромикроскопические образования диаметром близко 0,2 мкм. Каждая клетка содержит тысячи рибосом. Общее их количество определяется интенсивностью синтеза белка в клетке. По химическому строению они являются нуклеопротеидами, которые состоят из высокомолекулярной рибосомальной РНК и молекулы структурного рибосомного белка. Они имеют свойство « считывать « информацию, которая содержится в звеньях матричной РНК в виде последовательно размещенных нуклеотидов, и реализовать ее в форме белковой молекулы с соответствующим размещением 20 аминокислот.
Они отвечают за синтез белка.
Они могут свободно размещаться в цитоплазме, образовывать полирибосомы, могут быть прикреплены к мембране эндоплазматического ретикулуму. Построены из больших и малых субъединиц, которые соединены между собой атомами магния.
Такая структурная организация обеспечивает возможность наилучшего пространственного размещения рибосомы, помогает найти необходимую ориентацию активным аминокислотам, которые берут участие в образовании пептидной цепочки (звена).
АППАРАТ ГОЛЬДЖИ (диктиосомы)
От краев цистерн отшнуровываются пузырьки. Считают, что в цистернах диктиосом происходит синтез полисахаридов клеточной стенки, которые транспортируются в пузырьках к периферии клетки. Со временем пузырьки сливаются с плазматическими мембранами, а синтезированные соединения откладываются за протопластом.
Рядом с обычными пузырьками, которые имеют гладкую поверхность, на диктиосомах формируются пузырьки с шероховатой поверхностью, которые возможно содержат белки.
Функция аппарата Гольджи также состоит в образовании и выделении секреций (эфирные масла, камеди и др.). Секреторные продукты передвигаются через аппарат Гольджи к месту назначения. При прохождении через аппарат секреторные белки получают доработку (укорачивание боковых цепей олигосахаридов, присоединение фосфатных групп или жирных кислот, протеолитическое расщепление). Другой важной функцией аппарата Гольджи является сортировка ферментов и других соединений. Для осуществлений функций диктиосомы требуют энергии.
ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКИЙ РЕТИКУЛУМ
Эндоплазматический ретикулум (эндоплазматическая сеть) – это система мембран (каналов), которые пронизывают цитоплазму. Мембраны на одних участках суживаются, на других расширяются, образуя цистерны, плоские мешки или разветвленные трубки. ЭПС может быть гладким или гранулированным. На внешней поверхности гранулированного ретикулума размещены многочисленные маленькие органоиды – рибосомы. Гладкий ретикулум, который преобладает в растительных клетках, не несет на себе рибосомы. Эта система внутренних мембран начинается от внешней мембраны оболочки ядра и подходит к разным органоидам, связывая все части клетки.
Одновременно мембраны эндоплазматического ретикулума разделяют цитоплазму на многочисленные отделы, благодаря чему в каждом из таких отделов происходят полные процессы. Одновременно он выполняет функцию конвейера для многих ферментативных преобразований веществ и их перемещения по клетке. Кроме того, каналы ЭПС через плазмодесмы соединяются с ретикулумом соседних клеток.
ВАКУОЛИ, ЛИЗОСОМЫ, МИКРОТРУБОЧКИ
Так как содержимое вакуоли значительно отличается от содержимого цитоплазмы, то можно сделать вывод, что проникаемость тонопласта отличается от проникаемости плазмалеммы.
У большинства растений РН клеточного сока колеблется в пределах 3,5-5,5, а РН цитоплазмы приближается к 7,0 Такая разница в концентрации ионов Н+ дает основание предположить существование в тонопласте гипотетических насосов, которые перекачивают ионы Н+ из цитоплазмы в вакуолю и содействуют (благоприятствуют) поддержанию РН цитоплазмы на постоянном уровне, что является очень важным для активности ферментов, которые в значительной степени определяют РН среды.
Лизосома окружена мембраной и характеризуется хаотичностью внутренней структуры. В лизосомах сосредоточено около 50 ферментов, которые катализируют процессы распада : протеазы, которые гидролизируют белки, нуклеазы – распад нуклеиновых кислот, липазы – расщепление жиров. Наиболее активны эти ферменты в кислой среде.
МИКРОТРУБОЧКИ – пустотелые, вытянутые протоплазматические частицы диаметром 18-30 нм и длинной несколько микронов, состоящие из фибриллярных нитей, основой которых является белок тубулин. Они не относятся к специализированным органеллам клеток, потому что функционируют только в соединении с цитоплазмой. Микротрубочки – это динамические структуры, которые регулярно рушатся и образуются снова на определенных этапах клеточного цикла.
В клетках, которые растягиваются и дифференцируются, микротрубочки, которые размещаются около внутренней поверхности плазматической мембраны, принимают участие в образовании клеточной оболочки, контролируя состав целлюлозных микрофибрил, которые откладываются цитоплазмой на клеточную оболочку. Микротрубочки направляют пупырышки диктиосом к оболочке, которая образуется. При делении клетки они составляют основу веретена деления и также принимают участие во внутриклеточном транспорте.
Микротрубочки выполняют в основном опорную и сократительную. Функции, обеспечивают циркуляцию цитоплазмы, принимают участие в морфогенезе клеток.
ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ – ультратонкие структуры толщиной 5-10нм, созданные из белков (60%), фосфолипидов (40%) и небольшого количества углеводов. Они отделяют содержимое клетки, регулируют обмен между клетками и средой, образуют в середине клетки ряд компартментов, где протекают специальные метаболические процессы. Мембранами окружена цитоплазма, ядро, хлоропласты, аппарат Гольджи, рибосомы. Наиважнейшие биологические процессы (световые реакции фотосинтеза, окислительное фосфорилирование при дыхании) происходят непосредственно на мембранах.
Кроме названных функций, мембраны регулируют транспорт ионов и продуктов метаболизма.
Они имеют избирательное проникание, т. е. способность активно регулировать процесс проникновения веществ в клетку. Молекулы или ионы одних веществ проникают быстро, других – свободно, еще других – не проникают вообще.
Белки клеточной мембраны неоднородны по своему строению и выполняют разные функции. Некоторые являются носителями, которые транспортируют через мембрану к цитоплазме клетки или других органелл молекулы или ионы других веществ, другие являются ферментами, которые принимают участие в метаболических процессах, преобразование энергии, перенос электронов. Сложные белки-гликопротеиды содержат олигосахаридные цепи. Эти цепи являются своеобразными антеннами для опознавания внешних сигналов. Благодаря опознанию соседние клетки могут связываться одна с другой через определенные участки и образовывать ткани в процессе дифференциации.
Белки мембран выполняют ряд других важных функций. Предполагают, что у белков, которые насквозь пронизывают мембрану имеются гидрофильные каналы или поры. Через эти каналы могут проникать полярные молекулы веществ, которые не пропускает жировой слой мембраны. Химический состав жиров мембраны также неоднородный.
ВИТАМИНЫ, ЖИРЫ, УГЛЕВОДЫ
Среди других органических веществ, которые содержатся в растениях, витамины занимают особенное место. Витамины (от лат. Вита – жизнь) являются жизненно-важными для растительных и животных организмов соединениями. Они содержатся в очень малых количествах, но жизненно необходимы для нормального роста и поддержания важных биохимических процессов в организмах растений, животных и человека. Они выполняют каталитические функции, обеспечивают ход процессов обмена и преобразования энергии пластических веществ.
Витамины – компоненты разнообразных ферментных систем.
В зависимости от растворимости различают жирорастворимые и водорастворимые витамины. В группу водорастворимых витаминов входят:
1. Витамин С (аскорбиновая кислота), химическая формула – С6Н8О6- это кристаллическое вещество, имеет окислительно-восстановительные свойства, благодаря чему преобразовывается в дезоксиаскорбиновую кислоту при отщеплении 2 атомов Н+. В растениях она синтезируется из углеводов. Ее накопление зависит от условий выращивания. При выращивании растений в северных районах содержание аскорбиновой кислоты меньше, чем у растений южных зон выращивания. Одни и те же растения на легких почвах содержат больше аскорбиновой кислоты, чем на тяжелых. Увеличению количества витамина С способствуют фосфорные удобрения, а азотные, наоборот – снижению. Наибольшее содержание витамина С в плодах шиповника, ягодах черной смородины, лимонах, сладком перце.
Во время хранения плодов и овощей содержание ее снижается. Наибольшие потери витамина С – во время варки. Суточная норма потребления витамина С для человека составляет 50-100мг, недостаток – приводит к заболеванию – цинга.
Он входит в состав фермента пируватдекарбоксилаза. Недостача его в организме приводит к нарушению углеводного обмена. Наибольшее его содержание – в наружных оболочках семян злаковых и бобовых культур.
Суточная норма – 2-3мг. Недостаток вызывает тяжелые нервные и сердечные заболевания.
3. Витамин В2 (рибофлавин, витамин роста) – по химическому составу это азотистое основание.
В соединении с фосфорной кислотой витамин В2 входит в состав флавиновых коферментов (ФАД, ФМН), которые принимают участие в окислении многих органических соединений, переноса Н+ от обновленных НАД-Н и НАДФ-Н на цитохромную систему. Недостаток этого витамина приводит к нарушению обмена веществ в организме. Суточная норма его – 2-4мг. Основным источником этого витамина являются зеленые овощи, мясные (печень, почки), молочные и рыбные продукты, дрожжи.
4. Витамин В3 (пантотеновая кислота) входит в состав кофермента А, который катализирует количественные реакции синтеза. Сам витамин В3 синтезируется только в растительном организме, поэтому его недостаток приводит к серьезным нарушениям обмена жиров и углеводов. Внешними признаками этих нарушений могут быть жесткость кожи, выпадение волос. Суточная норма – 10-20мг. Наиболее им богаты – дрожжи, некоторые мясные продукты, оболочки семян зерновых.
5. Витамин В6 (пиридоксин) является производным пиридина. Пиродоксин входит в состав активных групп ферментов, которые катализируют реакции трансаминирования, декарбоксилирования и др. преобразования аминокислот. Поэтому его недостаток вызывает нарушения белкового обмена у растений, животных и людей. Суточная потребность – 2-4мг.
6. Биотин (витамин Н). Биотиновые ферменты катализируют 2 типа реакций – декарбоксилирования (при участии АТФ) и транскарбоксилирования, которые имеют большое значение в синтезе высших жирных кислот, белков, нуклеиновых кислот. Его недостаток вызывает замедление роста, у человека повреждается кожа, волосяной покров. Суточная его норма для человека – 10мг. Содержится в картофеле, луке, томатах. Например, в 1л. Молока содержится до 50мг биотину.
7. Витамин РР (никотиновая кислота) является производным пиридина:
В растениях содержится в основном в виде кислоты, которая преобразуется в амид и принимает участие в синтезе наиважнейших окислительно-обновленных ферментов (дегидрогеназ) с активной группой никотинамидадениндинуклеотид (НАД) или НАДФ. Синтезируется она в растениях на свету. Ее недостаток нарушает обмен веществ При недостатке развивается пеллагра (хроническое заболевание кожи), нарушается психика. Суточная норма – 15-25мг. Наибольшее содержание никотиновой кислоты содержат – дрожжи, пшеничные зародыши, печень, почки животных.
8. Витамин В с (фолиевая кислота) впервые был выделен из листьев шпината. Принимает участие в биосинтезе нуклеотидов, реакция взаимных преобразований аминокислот, переносе формальдегидных, метильных и оксиметильных групп. Недостаток – заболевания крови (анемия, лейкопения).
В группу жирорастворимых витаминов входят:
2. Витамин группы Д – полициклические соединения спиртового характера класса стеролов. Стеролы под действием света способны преобразовываться в витамины группы Д. Высокое содержание витамина Д в жире, печенке морских рыб. Для человека основным источником витамина Д в зимний период является – коровье молоко, яйца. В летний период, как правило, необходимое количество его образуется под действием солнечных лучей. Среднесуточная потребность – 0,02мг. Недостаток этого витамина приводит к нарушению солевого обмена и заболеванию рахитом.
4. Витамин К очень распространен в растениях, особенно в надземных органах, так как на его биосинтез значительно влияет свет. Он принимает участие в реакции фотосинтеза. В организме животных витамин К обеспечивает свертывание крови.
УГЛЕВОДЫ
Углеводы – это наиболее наиважнейшие и наиболее распространенные органические соединения, которые образуются в процессе фотосинтеза, и являются основным дыхательным материалом, что обеспечивает организм необходимой энергией и промежуточными продуктами для поддержания процессов жизнедеятельности и биосинтеза других сложных соединений.
По химическому составу они подразделяются на 3 класса:
МОНОСАХАРИДЫ, или простые сахара, содержат от 3 до 7 атомов углерода, гидроксильную (-ОН) и альдегидную или кетоновую группы.
По количеству углеродных атомов моносахариды называют триозами, тетрозами, пентозами, гексозами. Представителями моносахаридов являются глицериновый альдегид, диоксиацетон, рибоза, седогептулоза, глюкоза, фруктоза. Они хорошо растворимы в воде и используются растениями для регуляции роста растений.
ОЛИГОСАХАРИДЫ являются небольшими полимерами, которые состоят из ЭН моносахаридных остатков. Дисахарид сахароза – наиболее распространенный олисахарид в растениях.
Пектиновые вещества – водорастворимые полисахариды, компоненты первичной клеточной оболочки.
ОСМОС – свободное проникновение растворителя в раствор, отделенный от него мембраной, способное к избирательному пропусканию разных молекул и ионов.
ТУРГОР – напряженное состояние клеточной оболочки, созданное гидростатическим давлением внутриклеточной жидкости.
ПЛАЗМОЛИЗ – уменьшение объема протопласта живой клетки, с отделением цитоплазмы от оболочки, которое происходит под действием концентрированных растворов.
ЦИТОРИЗ – наблюдается при значительном высыхании почвы или сильной транспирации (сдавливание всей клетки)
ДЕПЛАЗМОЛИЗ – возвращение клетки к нормальному состоянию во время появления воды.