Осмотические явления в клетке и их значения в жизни растений

МИНИСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

 

ФГОУ ВПО  «ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

КАФЕДРА «Селекции и защиты растений»

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

 

по дисциплине «Физиология растений»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент  3 курса

ФЗО «Агрономия»

Шифр 

 

Проверила: Куркова И.В.

 

 

Благовещенск

2012

Содержание

22. Осмотические явления в клетке  и их значения в жизни растений.

23. Поступление воды в растения. Влияние аэрации, температуры  почвы и других внешних факторов  на деятельность корневой системы.

31. Источники углерода для растений.

32. Роль аденозинфосфатов и других макроэргических соединений

40.Зависимость дыхания  от условий среды.

41 Структура и функции  белков протоплазмы.

42.Зависимость фотосинтеза  от внешних условий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22. Осмотические явления  в клетке и их значения в  жизни растений.

 

Жизнедеятельность клетки характеризуется  непрерывно протекающими в ней процессами обмена веществ, причем цитоплазма избирательно реагирует на воздействие разных факторов внешней среды. В поглощении и выделении веществ большую  роль играют процессыдиффузии и осмоса. Осмотическими называют явления, происходящие в системе, состоящей из двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной. В растительной клетке роль полупроницаемых пленок выполняют пограничные слои цитоплазмы: плазмалемма и тонопласт.

Плазмалемма - наружная мембрана цитоплазмы, прилегающая к клеточной оболочке. Тонопласт - внутренняя мембрана цитоплазмы, окружающая вакуоль. Вакуоли представляют собой полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком - водным раствором углеводов, органических кислот, солей, белков с низким молекулярным весом, пигментов.

Концентрация веществ в клеточном  соке и во внешней среде (в почве, водоемах) обычно не одинаковы. Если внутриклеточная концентрация веществ выше, чем во внешней среде, вода из среды будет диффундировать в клетку, точнее в вакуоль, с большей скоростью, чем в обратном направлении, т. е. из клетки в среду. Чем больше концентрация содержащихся в клеточном соке веществ, тем сильнее сосущая сила- сила, с которой клетка<всасывает воду>. При увеличении объема клеточного сока, вследствие поступления в клетку воды, увеличивается его давление на цитоплазму, плотно прилегающую к оболочке. При полном насыщении клетки водой она имеет максимальный объем. Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку носит название тургора. Тургор обеспечивает сохранение органами формы (например, листьями, неодревесневшими стеблями) и положения в пространстве, а также сопротивление их действию механических факторов. С потерей воды связано уменьшение тургора и увядание.

Если клетка находится в гипертоническом растворе, концентрация которого больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора. Вследствие выхода воды из клетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки - происходит плазмолиз.

В ходе плазмолиза форма плазмолизированного протопласта меняется. Вначале протопласт отстает от клеточной стенки лишь в отдельных местах, чаще всего в уголках. Плазмолиз такой формы называют уголковым.

Затем протопласт продолжает отставать  от клеточных стенок, сохраняя связь  с ними в отдельных местах, поверхность  протопласта между этими точками  имеет вогнутую форму. На этом этапе  плазмолиз называют вогнутым.

Постепенно протопласт отрывается от клеточных стенок по всей поверхности  и принимает округлую форму. Такой  плазмолиз носит название выпуклого.

Если у протопласта связь  с клеточной стенкой в отдельных  местах сохраняется, то при дальнейшем уменьшении объема в ходе плазмолиза протопласт приобретает неправильную форму. Протопласт остается связанным  с оболочкой многочисленными нитями Гехта. Такой плазмолиз носит название судорожного.

При длительном нахождении клеток в  растворе нитрата калия (15 мин. и  более) цитоплазма набухает в удлиненных клетках, там, где протопласт не касается клеточных стенок, образуются так  называемые колпачки цитоплазмы. Такой  плазмолиз носит название колпачкового.

 

Рис. Плазмолиз растительной клетки:

А - клетка в состоянии тургора; Б - уголковый; В - вогнутый; Г - выпуклый; Д - судорожный; Е - колпачковый.

1 - оболочка, 2 - вакуоль, 3 - цитоплазма, 4 - ядро, 5 - нити Гехта.

Если плазмолизированную клетку поместить в гипотонический раствор, концентрация которого меньше концентрации клеточного сока, вода из окружающего раствора будет диффундировать внутрь вакуоли. В результате увеличения объема вакуоли повысится давление клеточного сока на цитоплазму, которая начинает приближаться к стенкам клетки, пока не примет первоначальное положение - произойдетдеплазмолиз.

 

23. Поступление воды в растения. Влияние аэрации, температуры почвы и других внешних факторов на деятельность корневой системы.

 

Еще в 1864 г. Ю. Сакс установил, что поступление  воды через корневые системы зависит  от температуры. С понижением температуры  скорость поступления воды резко  сокращается. Это может оказать  заметное влияние на растительный организм, особенно в осенний период, когда  испарение идет еще достаточно интенсивно, а поступление воды задерживается  из-за пониженной температуры почвы. В результате растения завядают и даже могут погибнуть от обезвоживания Причин, по которым понижение температуры вызывает уменьшение поступления воды, по-видимому, несколько:

1) повышается вязкость воды и,  как следствие, снижается ее  подвижность;

2) уменьшается проницаемость цитоплазмы  для поды;

3) тормозится рост корней;

4) уменьшается скорость всех  метаболических процессов.

Последнее обстоятельство, по-видимому, должно сказаться косвенно, через  уменьшение поступления солей и, как следствие, торможение работы нижнего  концевого двигателя (корневого  давления). Торможение поступления  йоды в корневую систему при действии пониженной температуры можно легко  продемонстрировать в простом опыте. Так, если положить кусок льда на поверхность  почвы в сосуде с растением, то в условиях интенсивной транспирации растение через два часа обнаружит  признаки завядания. Если затем удалить лед, то растение снова приобретет тургор.

Снижение аэрации почвы также  тормозит поступление воды. Это можно  наблюдать, когда после сильного дождя все промежутки почвы заполнены  водой и вместе с тем на солнце при сильном испарении растения завядают. Это связано С тем, что все условия, снижающие метаболизм (недостаток кислорода, избыток С0₂, дыхательные яды) снижают поступление ионов и, как следствие, уменьшают поступление воды. Вместе с тем исследования показали, что особенно резкое подавление поступления воды происходит при увеличении содержания С0₂. Возможно, избыток углекислого газа помимо ингибирования дыхания, повышает вязкость воды, снижает проницаемость цитоплазмы. Большое значение имеет содержание воды в почве, а также концентрация почвенного раствора. Естественно, вода поступает в корень только тогда, когда водный потенциал корня ниже (более отрицателен) водного потенциала почвы. В том случае, если почвенный раствор имеет более отрицательный осмотический потенциал, вода не только не будет поступать в корень, но будет выделяться из него. Особенное значение это имеет для засоленных почв. Именно поэтому растения, растущие на этих почвах (галофиты), имеют резко отрицательный осмотический потенциал.

Всякое уменьшение влажности почвы  снижает поступление воды. Чем  меньше воды в почве, тем с большей  силой она удерживается и тем  меньше ее водный потенциал. Для того чтобы в растение поступила вода, должен существовать градиент водного  потенциала в системе почва —  растение — атмосфера. Надо также  учитывать, что уменьшение содержания воды в корне затрудняет ее дальнейшее продвижение к сосудам ксилемы. Это объясняется тем, что при  уменьшении содержания воды сопротивление  ее передвижению по клеткам корня  растет. Подсыхающие клеточные оболочки оказывают значительное сопротивление  передвижению воды. Сопротивление корневой системы передвижению воды при се недостатке настолько велико, что, по мнению Н. А. Максимова, это может  снижать транспирацию, т. е. являться средством для ее регуляции. С  физиологической точки зрения удобно выделить следующие формы почвенной  влаги, различающиеся по степени  доступности для растений. Гравитационная вода заполняет крупные промежутки между частицами почвы, она хорошо доступна растениям. Водный потенциал  этой формы воды зависит от осмотической концентрации и составляет -0,1 бар. Однако, как правило, она легко стекает  в нижние горизонты под влиянием силы тяжести, вследствие чего бывает в почве лишь после дождей. Капиллярная  вода заполняет капиллярные поры в почве. Эта вода также хорошо доступна для растений, удерживается в капиллярах силами поверхностного натяжения и поэтому не только не стекает вниз, но и поднимается  вверх от грунтовых вод . Пленочная вода окружает коллоидные частицы почвы. Вода из периферических слоев гидратационных оболочек может поглощаться клетками корня. Вместе с тем чем ближе к коллоидным частицам располагаются молекулы воды, тем с большей силой они удерживаются и, как следствие, менее доступны для растений. Гигроскопическая вода адсорбируется сухой почвой при помещении ее в атмосферу с относительной влажностью воздуха 95%.

Количество воды (в %), при котором  растение впадает в устойчивое завядание, называют коэффициентом завядания или влажностью завядания. Влажность, при которой наступает завядание на данной почве, зависит от ряда причин. Считается, что растения завядают в тот момент, когда вода в почве перестает передвигаться. Однако было показано, что если завядание начинается при одной и той же влажности, то промежуток времени от завядания до гибели (интервал завядания) у растений может быть резко различным. Так, для растений бобов интервал завядания составляет несколько суток, тогда как для проса — несколько недель. Это, естественно, сказывается на устойчивости растений к засухе. Вместе с тем влажность, при которой наступает завядание, в большой степени зависит от скорости транспирации, а также от осмотического потенциала клеток растения. Так, при одной и той же влажности почвы завядание начинается позднее у растений с меньшим (более отрицательным) осмотическим потенциалом. Большое значение при определении показателя влажности завядания также имеет тип почвы. Одно и то же растение завядает на черноземе при значительно более высокой влажности, чем на подзоле. Это связано с тем, что черноземные почвы характеризуются более тонким механическим составом. Влажность завядания еще не дает представления о количестве воды, полностью недоступной растению, поскольку при завядании какое-то количество воды продолжает поступать в растительный организм. В связи с этим было введено понятие «мертвый запас» влаги в почве — это количество воды, полностью недоступное растению. Мертвый запас зависит исключительно от типа почвы, ее механического состава, что видно из следующей формулы: q = % песка (0,01) + % пыли (0,12) + % глины (0,57), где q — мертвый запас. Чем больше глинистых частиц в почве, тем больше мертвый запас влаги. Количество доступной для растительного организма воды представляет разность между полевой влагоемкостью (максимальное количество воды, удерживаемое почвой в капиллярах) и мертвым запасом. В связи со сказанным перегнойные суглинистые почвы обладают не только наибольшим мертвым запасом, но и наибольшим запасом доступной влаги. Так, если полевая влагоемкость черноземных почв составляет 40%, мертвый запас — 25%, то количество доступной воды равно 25%, тогда как у песка попевая влагоемкость — 15%, мертвый запас — 5%, количество доступной воды всего 10%.

 

31. Источники углерода для растений.

В ходе фотосинтеза растение вырабатывает из неорганических веществ необходимые  для всего живого органические вещества. Диоксид углерода, содержащийся в  воздухе, проникает в лист через  особые отверстия в эпидермисе листа, которые называют устьицами в форме угольного ангидрида — СО2. При участии хлорофилла листа и солнечного света, угольный ангидрид разлагается с выделением О2.

К органическим веществам относятся  все соединения углерода за исключением  его оксидов и нитридов. В наибольшем количестве образуются при фотосинтезе  такие органические вещества, как углеводы , аминокислоты и жирные кислоты Из неорганических веществ для синтеза всех этих соединений требуются вода и диоксид углерода. Растения могут поглощать эти элементы в форме их оксидов, нитрата и сульфата или в других, более восстановленных формах, таких, как аммиак или сероводород У наземных растений все неорганические соединения, за исключением углерода, поступают через корни. углерод растения получают из атмосферного воздуха, в котором средняя его концентрация составляет 0,03%. Диоксид углерода поступает в листья, а О2 выделяется из них через небольшие отверстия в эпидермисе, называемые устьицами. Открывание и закрывание устьиц регулируют особые клетки - их называют замыкающими - тоже зеленые и способные осуществлять фотосинтез. Когда на замыкающие клетки падает свет, в них начинается фотосинтез. Накопление его продуктов вынуждает эти клетки растягиваться. При этом устьичное отверстие открывается шире, и СО2 проникает к нижележащим слоям листа, клетки которых могут теперь продолжать фотосинтез. Устьица регулируют и испарение воды листьями, транспирацию, поскольку большая часть водяных паров проходит именно через эти отверстия. Водные растения добывают все необходимые им питательные вещества из воды, в которой живут. СО2 и ион бикарбоната тоже содержатся и в морской, и в пресной воде. Водоросли и другие водные растения получают их непосредственно из воды. Свет в фотосинтезе играет роль не только катализатора, но и одного из реагентов. Значительная часть световой энергии, используемой растениями при фотосинтезе, запасается в виде химической потенциальной энергии в продуктах фотосинтеза. Растения превращают диоксид углерода в кислород и для этого процесса необходим свет. Весь углерод, включенный растением в органические вещества, происходит из диоксида углерода.

32. Роль аденозинфосфатов и других макроэргических соединений

 

Группа природных веществ, молекулы которых содержат богатые энергией, или макроэргические связи; присутствуют во всех живых клетках и участвуют в накоплении и превращении энергии. Разрыв макроэргических связей в молекулах сопровождается выделением энергии, используемой для биосинтеза, транспорта веществ и других процессов жизнедеятельности.

Все известные макроэргические связи содержат фосфорильную (—РО3Н2) или ацильную  группы и могут быть описаны формулой Х—Y, где Х — атом азота, кислорода, серы или углерода, а Y — атом фосфора или углерода. Реакционная способность макроэргических связей. связана с повышенным сродством к электрону атома Y, что обусловливает высокую свободную энергию гидролиза макроэргических связей, составляющую 6—14 ккал/моль.