Физиология растений

        ФГОУ ВПО “ Оренбургский государственный                  аграрный     университет”

 

 

                           Кафедра ботаники

 

                      КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

   по предмету: ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

                                 вариант 15

 

 

 

                                         Студента_____________________________

 

Курс, группа _________________________

Научный руководитель_________________________

 

 

 

                                     г. Оренбург - 2013 

 

 

         Оглавление

 

 

1.  Мембраны цитоплазмы: химический состав, структура и  функции.

2. Осмотический потенциал растительной и, его величины, методы определения.

3. Темновая фаза фотосинтеза.

4. Аэробная фаза дыхания, химизм, место осуществления в клетке и биологическая роль.

5. Фенольные соединения растений.

6. Фитогормоны растений ингибирующего действия, их химическая природа, общие закономерности действия и роль в регулировании роста и развитии растительного организма.

7.  Анатомо-физиологические особенности ксерофитов и мезофитов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1.  Мембраны цитоплазмы: химический состав, структура и функции.

 

Цитоплазматическая мембрана – обязательный компонент любой  клетки и ее обычно называют плазмалеммой.

В состав плазматической мембраны входят липиды, белки и углеводы.      Соотношение между липидами и  белками может значительно варьировать  в различных клетках.

  Липиды мембраны бывают  трех видов: глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды и стероиды (холестерол). Молекула глицерофосфолипида состоит  из остатка трёхатомного спирта  глицерола, атомы водорода двух  гидроксильных групп которого  замещены на две длинные цепи  жирных кислот. Третий атом водорода  гидроксильной группы глицерина  замещён остатком фосфорной кислоты,  к которому, в свою очередь,  присоединён остаток одного из  азотистых оснований (холин, этаноламин, серин, инозитол).

   В молекуле глицерофосфолипида  можно выделить две части, которые  называются головка (остаток глицерина,  остаток фосфорной кислоты и  азотистое основание) и хвостики (остатки жирных кислот). Головка  и хвостики сильно отличаются  по своим физическим свойствам.  Головка молекулы фосфолипида  гидрофильна (″любит воду″). Она  хорошо растворима в воде. Хвостики - гидрофобны (″боятся воды″). Они  легко растворяются в липидах  и органических растворителях,  но водой отталкиваются. Таким  образом, в целом молекула фосфолипида,  содержащая как водорастворимые,  так и липидорастворимые области,  имеет амфифильные свойства.

   Молекулы сфингофосфолипидов  также состоят из головки и  хвостиков. Они отличаются от  фосфолипидов тем, что вместо  остатка глицерина содержат остаток   спирта сфингозина.

  Если сухие фосфолипиды  погружают в воду, они спонтанно  формируют в зависимости от  их концентрации различные структуры.  Одна из них - сферическая структура,  называемая мицеллой. Молекулы фосфолипидов  упорядочены так, что гидрофильные  головки направлены в водную  среду, а гидрофобные хвосты - внутрь структуры.

  При более высокой  концентрации фосфолипидов, их молекулы  формируют бислойные пластинчатые  структуры. Немецкие ученые Gorter и  Grendel доказали, что такая бислойная  фосфолипидная структура является  основой мембраны клетки

Физическое состояние  фосфолипидного бислоя зависит от температуры. Если температура превышает критическую  точку, бислой представляет собой жидкость. При этом каждая молекула имеют возможность  перемещаться.

  Если температура падает ниже критической точки, мембранные фосфолипиды становятся твердыми. Мембрана теряет текучесть, и движение молекул в ней ограничивается.

   Согласно современной жидкостно-мозаичной модели мембраны (модель Сингера и Николсона), липидный бислой является основой мембраны. Молекулы фосфолипидов расположены в нём так, что их длинные оси параллельны и ориентированы перпендикулярно к поверхности мембраны. Мембрана сохраняется в жидком состоянии благодаря температуре клетки и химическому составу жирных кислот.

   Помимо липидов в состав мембраны входят белки (в среднем ≈ 60%). Они определяют большинство специфических функций мембраны (транспорт определенных молекул, катализ реакций, получение и преобразование сигналов из окружающей среды и др.).

   Различают: 1) периферические белки (расположены на наружной или внутренней поверхности липидного бислоя), 2) полуинтегральные белки (погружены в липидный бислой на различную глубину), 3) интегральные, или трансмембранные, белки (пронизывают мембрану насквозь, контактируя при этом и с наружной, и с внутренней средой клетки). Интегральные белки в ряде случаев называют каналообразующими, или канальными, так как их можно рассматривать как гидрофильные каналы, по которым в клетку проходят полярные молекулы (липидный компонент мембраны их бы не пропустил). 

   В состав мембраны могут входить углеводы (до 10%). Углеводный компонент мембран представлен олигосахаридными или полисахаридными цепями, связанными с молекулами белков (гликопротеины) или липидов (гликолипиды). В основном углеводы располагаются на наружной поверхности мембраны. Углеводы обеспечивают рецепторные функции мембраны. В животных клетках гликопротеины образуют надмембранный комплекс — гликокаликс, имеющий толщину несколько десятков нанометров. В нем располагаются многие рецепторы клетки, с его помощью происходит адгезия клеток.

  Молекулы белков, углеводов и липидов подвижны, способны перемещаться в плоскости мембраны. Толщина плазматической мембраны — примерно 7,5 нм.

     Важнейшая  функция мембраны: способствует  компартментации — подразделению  содержимого клетки на отдельные  ячейки, отличающиеся деталями химического  или ферментного состава. Этим  достигается высокая упорядоченность  внутреннего содержимого любой  эукариотической клетки. Компартментация  способствует пространственному  разделению процессов, протекающих  в клетке. Отдельный компартмент  (ячейка) представлен какой-либо  мембранной органеллой (например, лизосомой)  или ее частью (кристами, отграниченными  внутренней мембраной митохондрий).

Другие функции:

     1) барьерная  (отграничение внутреннего содержимого  клетки);

     2) структурная  (придание определенной формы  клеткам в соответствии с выполняемыми  функциями);

     3) защитная (за  счет избирательной проницаемости,  рецепции и антигенности мембраны);

     4) регуляторная (регуляция избирательной проницаемости  для различных веществ (пассивный  транспорт без затраты энергии  по законам диффузии или осмоса  и активный транспорт с затратой  энергии путем пиноцитоза, эндо- и экзоцитоза, работы натрий-калиевого  насоса, фагоцитоза)). Путем фагоцитоза  поглощаются целые клетки или  крупные частицы. При пиноцитозе  происходит поглощение мелких  частиц или капелек жидкого  вещества. Общим для обоих процессов  является то, что поглощаемые  вещества окружаются впячивающейся  наружной мембраной с образованием  вакуоли, которая затем перемещается вглубь цитоплазмы клетки.

  5) адгезивная функция  (все клетки связаны между собой  посредством специфических контактов  (плотных и неплотных));

  6) рецепторная (за  счет работы периферических белков  мембраны);

  7) электрогенная (изменение  электрического потенциала поверхности  клетки за счет перераспределения  ионов калия и натрия (мембранный  потенциал нервных клеток составляет 90 мВ));

  8) антигенная: связана  с гликопротеинами и полисахаридами  мембраны. На поверхности каждой  клетки имеются белковые молекулы, которые специфичны только для  данного вида клеток. С их помощью  иммунная системы способна различать  свои и чужие клетки. Обмен  веществ между клеткой и окружающей  средой осуществляется разными  способами — пассивными и активными. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     2. Осмотический потенциал растительной и, его величины, методы определения.

  

     Осмос – явение проникновения молекул растворителя через полупроницаемую перегородку – мембрану. Молекулы растворителя движутся из чистого растворителя в раствор или из разбавленного раствора  в концентрированный. Движущей силой процесса является разность концентраций растворителя в растворе и индивидуальном чистом веществе.

Осмотический потенциал  относится к так называемым коллигативным  свойствам раствора, таким, как понижение  точки замерзания или повышение  точки кипения. Все эти показатели зависят от молярной концентрации. Осмотический потенциал равен разности между химическим потенциалом раствора и химическим потенциалом чистой воды и всегда отрицателен. Осмотический потенциал показывает недостаток энергии  в растворе по сравнению с чистой водой, вызванный взаимодействием  вода — растворенное вещество. Иначе  говоря, осмотический потенциал показывает, насколько прибавление растворенного  вещества снижает активность воды.

Определение величины осмотического  потенциала имеет большое значение, в частности для экологических  исследований. Величина осмотического  потенциала позволяет судить о максимальной способности растения поглощать  воду из почвы и удерживать ее, несмотря на иссушающее действие атмосферы. Осмотический потенциал колеблется в широких  пределах, от —5 до —200 бар. Осмотический потенциал около —1 бара наблюдается  у водных растений. Осмотический потенциал, равный —200 бар, обнаружен у выжатого сока талофта Atriplex confertifolia. В 1 л сока этого растения содержится 67,33 г  хлоридов. У большинства растений средней полосы осмотический потенциал  колеблется от —5 до —30 бар. Вместе с  тем необходимо отметить, что факторы, действующие на изменение осмотического  потенциала, чрезвычайно разнообразны. Даже соседние, рядом расположенные  клетки могут отличаться по величине осмотического потенциала. Обычно отрицательная  величина осмотического потенциала больше у мелких клеток по сравнению  с крупными. Установлены определенные градиенты осмотического потенциала в пределах одной ткани. Так, в  тканях стебля отрицательный осмотический потенциал возрастает от периферии  к центру и от основания к верхушке. В корне отрицательный осмотический потенциал, наоборот, постепенно снижается  от основания к верхушке. В проводящих элементах стебля и корня, как  правило, отрицательная величина осмотического  потенциала очень низка (от —1 до —1,5 бара). В листьях осмотический потенциал  колеблется от -10 до -18 бар. Осмотический потенциал различен у разных жизненных  форм. У древесных пород он более  отрицателен, чем у кустарников, а у кустарников более отрицателен, чем у травянистых растении. Разные экологические группы различаются  по величине осмотического потенциала. У растений пустынь осмотический потенциал более отрицателен, чем  у степных растений; у степных более отрицателен, чем у луговых. Еще меньше осмотическая концентрация у растений болотных и водных местообитаний (соответственно наименее отрицательный осмотический потенциал). У светолюбивых растений осмотический потенциал более отрицательный, чем у теневыносливых. На величину осмотического потенциала влияет концентрация растворенных веществ в клеточном соке — это осмотически активные вещества (органические кислоты, соли, аминокислоты, сахара).

   Растение в определенной  степени регулирует величину  осмотического потенциала. Ферментативное  превращение сложных нерастворимых  веществ в растворимые (крахмала  в сахара, белков в аминокислоты) приводит к возрастанию концентрации  клеточного сока и повышению  отрицательной величины осмотического  потенциала. Увеличенное накопление  растворимых солей также делает  более отрицательным осмотический  потенциал. 

   Несмотря на то, что осмотический потенциал меняется  в зависимости от внешних условий,  все же для каждого вида  эти изменения происходят в  своих определенных пределах. Величину  осмотического потенциала многие  физиологи считают одной из  характеристик данного вида растений.

  Величину осмотического  потенциала можно определить  плазмолитическим методом. Плазмолиз  – это процесс, обусловленный  потерей воды клеткой. Он проявляется  в отходе протопласта от клеточной  стенки. В отдельных местах цитоплазма  может в течение более или  менее продолжительного времени  сохранять связь с клеточной  стенкой, образуя так называемые  нити Гехта. Наблюдаются различные  формы плазмолиза: выпуклый плазмолиз  при небольшой вязкости цитоплазмы  и вогнутый плазмолиз при высокой  вязкости цитоплазмы. При переносе  плазмолизированных тканей в  гипотонический раствор или чистую  воду вода поступает в клетку  и происходит деплазмолиз. Количество  воды в клетке увеличивается,  объем вакуоли возрастает и  она прижимает цитоплазму к  клеточной стенке. Плазмолитический  метод основан на подборе изоосмотического (изотонического) раствора, то есть  имеющего осмотический потенциал  равный осмотическому потенциалу  клетки.   Раствор, при котором  начался плазмолиз, имеет осмотический  потенциал примерно равный осмотическому  потенциалу клетки. Зная концентрацию  наружного раствора в молях,  можно вычислить осмотический  потенциал клетки.

Ys – осмотический потенциал, определяется концентрацией растворенного вещества. Ys = - сRT, где с – концентрация вещества в молях, R- газовая постоянная, Т- абсолютная температура,  знак «-» указывает на то, что растворенное вещество уменьшает водный потенциал раствора. С увеличением его концентрации осмотический потенциал становится все более отрицательным. Осмотический потенциал – величина равная, но обратная по знаку осмотическому давлению.

 

 

 

3. Темновая фаза фотосинтеза.