Физиология растений

Лекции по теме Физиология растений

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 изучает морфологию, систематику и физиологические особенности микроорганизмов, условия их жизнедеятельности, роль в природе и жизни человека (с греческого micros – маленький, bios - жизнь, logos – учение).

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).

ФУНКЦИИ ЗЕЛЕНЫХ РАСТЕНИЙ - питание, дыхание, рост, развитие, размножение.

ПИТАНИЕ – поглощение минеральных элементов (макро - и микро) растениями. Оно бывает: корневое – через корневую систему и внекорневое – через листовую поверхность. Это правильное применение минеральных удобрений для каждой культуры в ходе выращивания с учетом их особенностей.

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?

РОСТ - увеличение массы растений. Типы роста.

ВЕГЕТАЦИОННЫЙ ПЕРИОД - время, на протяжении которого растение растет. Однолетние или многолетние растения.

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).

РАЗМНОЖЕНИЕ – половое и бесполое. Вегетативное (часть клубня, корневища - хрен, не образует семян, хотя и цветет, усами- земляника)семенами – зерновые, овощные.

Во время изучения физиологии растений используют данные цитологии - учение о клетке, генетики, химии, морфологии, экологии.

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.

В структурной и функциональной организации цитоплазмы исключительно большое значение имеет вода. Свойства ее как растворителя и вещества, имеющее большое биологическое значение, определяются особенностями ее внутренне-молекулярной структуры (полярность молекулы). Эта полярность обусловлена несимметрическим электронов водорода и кислорода в молекуле и соответственно - неравномерным распределением позитивных и негативных зарядов.

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.

В ядре сосредоточена генетическая информация (хромосомы). Они переплетаются и образуют массу - хроматин. Кроме того, оно имеет 1 или несколько ядрышек. Пространство между ядерными структурами заполняет бесцветная жидкость – кариоплазма или нуклеоплазма.

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:

1. ДНК (примерно 35%)

2. РНК ( 12%)

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.

Продолжительность жизни митохондрий нескольких суток. Митохондрия образована 2 мембранами - внешней и внутренней. Внешняя мембрана гладкая, пористая, содержит ферменты и белки, способна пропускать вещества с небольшой молекулярной массой, а также ионы. Внутренняя мембрана имеет сложное строение, образует многочисленные складки разной формы, которые называются кристами. Поверхность покрыта густо грибоподобными (элементарными) частичками, у которых присущи факторы, которые обеспечивают синтез ДНК.

Благодаря кристам внутреннее содержание митохондрий – матрикс - разделен на отделы. Митохондриальный матрикс представляет гелеобразное вещество, содержащее до 50% белков. В нем протекает (Цикл Кребса) и синтез липидов и белков.

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)

Аппарат Гольджи - комплекс больших и маленьких пустот « беспорядочного» типа, окруженных мембраной. Наиболее большим и типичным компонентом аппарата Гольджи являются диктиосомы – несколько больших уплотненных цистерн (мембранных дисков). Плоские мембранные цистерны имеют толщину около 15 мкм. Диаметр диктиосом – 0,2-1,5мкм. В промежутках между цистернами располагаются трубчатые образования (канальца).

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

Вакуоль - расширенный отдел клетки, окруженный биологической мембраной – тонопластом. Она заполнена водным раствором солей, органических веществ, а также продуктами метаболизма клетки. В молодой клетке много мелких вакуолей, которые одновременно с ее ростом увеличиваются в объеме и со временем сливаются в одну центральную вакуолю, которая занимает иногда до 90% объема клетки. Содержимое вакуоли называется клеточным соком. Вакуоля играет решающую роль в регулировании водного режима, поддержании тургорного давления клетки. Тургор – натянутое состояние растительной оболочки, созданное гидростатическим давлением внутриклеточной жидкости.

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.

ЛИЗОСОМЫ – это маленькие сферические, окруженные мембраной тельца, в которых размещены другие ферменты или их группы. Пространственно они занимают центральное место в структурной организации клетки. Число этих телец (образований) определяется состоянием клетки, их биологическая функция - переваривание веществ, которые поступили в клетку.

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.

Если лизосомы интактны, то их ферменты не могут вступать в контакт с веществами клетки. Любое повреждение клетки сопровождается нарушением целостности лизосом и соответственно освобождением ферментов. В результате всего этого, в клетке начинаются реакции, которые могут быть нежелательными для нее. Иногда реакции бывают полезными. Например, в ответ на проникновение в клетку вирусов, бактерий , грибов, могут образовываться метаболиты для уничтожения негативного влияния патогенов.

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.

2. Витамин В1 (тиамин) свое название получил благодаря наличию в нем атома серы. Это гетероциклическое соединение, молекула которой состоит из 2 компонентов - исходных пиримидину и тиазолу.

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:

1. Витамины группы А (ретинол). Известно 2 витамина группы – А1 и А2, соответственно ретинол и дегидроретинол, недостаток которых в организме человека вызывает заболевание глаз (ксерофтальмию). Эти витамины встречаются только в животном организме. У растений синтезируются провитамины А (каратиноиды), которые в организме животных преобразуются в витамин А. Провитамин А (каратиноиды) - группа желтых и красных пигментов, которые очень распространены в растительном мире. Каратиноиды содержатся практически во всех тканях и органах растений и выполняют разнообразные функции, принимают участие в процессах фотосинтеза, окислительно-восстановительных реакциях, процессах размножения. Наибольшее содержание каратиноидов – в листовых овощах, красной моркови, томатах, перце и фруктых. Суточная норма – 2 мг.

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.

3. Витамин Е (токоферол) - группа гетероциклических соединений. В растениях встречается часто, особенно в зародышах семян, очень чувствительный к ультрафиолетовому свету. В животных организмах витамин Е защищает от окисления ряда веществ. В растениях токоферолы принимают участие в окислительно-восстановительных реакциях. Потребность человека в витамине Е точно не установлена, но суточная норма – 10-50мг.

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.

ВСАСЫВАЮЩАЯ сила - разница между осмотическим и тургорным давлением.

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.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство

Агрономия

Преподавателям

Юридические темы