Материал: физиология ответы

Изменение внутренней среды вызывает нарушение нативной структуры белковых глобул. Изменение третичной структуры белковых глобул вызывают увеличение проницаемости мембран, нарушение компартментации клетки, что может привести к её смерти.

Повреждающее действие на растительную клетку могут оказывать факторы самой различной природы: высокие и низкие температуры, избыточное освещение, сильное повышение концентрации веществ в окружающем  растворе, сильное изменение рН окружающей среды, действие на растение электрического тока, механические воздействия и т.д.. Однако, несмотря на разную природу повреждающих факторов, в растительной клетке в ответ на любой повреждающий фактор возникает 3 типа изменений.

1.Уменьшение степени дисперсности цитоплазмы (оструктуривание). В нормальных условиях цитоплазма растительной клетки в микроскоп не видна, однако стоит подействовать на клетку повреждающим фактором, как она сразу приобретает зернистую структуру и становится заметной.

2. Увеличение общей проницаемости мембран клетки. При повреждающем воздействии на клетку увеличивается проницаемость всех ее мембран (клеточной мембраны, тонопласта и др.), и различные вещества начинают выходить из клетки во внешнюю среду.

3. Повышение у цитоплазмы и ядра сродства к прижизненным красителям. Поврежденные клетки интенсивнее окрашиваются и лучше удерживают краситель, чем неповрежденные клетки.

11. Представление о тотипотентности клетки. Культура изолированных клеток, тканей н органов растений.

Тотипотентность- свойство клеток реализовать генетич. информацию ядра, обеспечивающую их дифференцировку, а также развитие до целого организма.

В интерфазе клеточного деления происходит репликация (удвоение) молекулы ДНК. Вместо одной молекулы ДНК образуются 2 идентичные двойные спирали. В результате митоза каждая молекула попадает в одну из новообразованных клеток. Таким образом, все клетки одного организма имеют одинаковый набор генов и потому являются тотипотентными.

Тотипотентность успешно используют в биотехнологии. Культивируя изолированные клетки или ткани на определенных средах, при различной комбинации фитогормонов и др. факторов можно добиться их развития и регенерации целого растения, обладающего генотипом исходного организма. Культуру клеток и тканей современная биотехнология спользует в с/х и промышленных целях, в частности для получения из группы конуса нарастания незараженных клеток посадочного материала (земляника, картофель).

Глава 2 водный обмен

1.Общее представления о водном обмене растений.

Вода играет огромную роль в жизни растений. Она участвует во всех жизненных процессах, протекающих в клетке. Вода является элементом структуры мембран и цитоплазмы. Основа мембран- липидный бислой- образуется в результате взаимодействий гидрофобных хвостов молекул липидов и воды. Вода растворяет вещества лучше, чем другие жидкости. Хорошо растворяются органические соединения с карбоксильными, гидроксильными, карбонильными и др. группами, в которых вода образует водородные связи. Поднимаясь по растению, вода помогает транспорту органических и минеральных веществ, связаны с друг другом клетки, ткани и органы. Пронизывая все тело растения, вода создает в нем непрерывную фазу и координирует работу органов. Испарение воды регулирует температуру растительных тканей. Для нормального функционирования клетка должна быть насыщена водой. Части растения содержат 80-90% воды. В клетках корня моркови 85% воды, в молодых листьях салата 95%, а в семенах 10-20%. Небольшое изменение в содержании воды называют нарушение физиологических функций. Минимальное количество воды при котором растение способно поддерживать постоянство своей внутренней среды получило название гомеостатической водой.

Вода может поступать в клетки листьев из воздуха влажность которого 100% характерна для эпифитов. Эпифиты-растения поселяющиеся на других растениях , но не являются паразитами, а использующие для прикрепления. Испарения воды надземными оргпнами растения- транспирация, а выделение воды на поверхности листьев, когда насыщен водяными парами- гуттации. Гуттация происходит через гидатоды. Гидатоды- специальные водяные устьица, которые не могут открываться и закрываться. Они располагаются по краю на верхушке листовой пластины. Полость гидатоды выстлана эпитемой – мелкоклеточной бесхлорофилльной паренхимой. Любой орган растения, а том числе и корень, выделяют воду. Например растения сахарного тростника выращивали в огромных герметично закрытых от осадков. Вода не попадала на почву, а сосуды выставляли под дождь, то почва на глубине 15 см становилась влажной. Побеги поглощали, а корни выделяли воду в сухую почву.

Водный баланс - соотношение между между поступлением и расходованием воды. Возможны три случая: поступление больше расходования, равно ему или меньше. В Умеренно влажные и не слишком жаркие дни транспирация хорошо согласована с поступлением воды, оводненность тканей довольно постоянна. В жаркие летние дни расход воды на транспирацию превышает ее поступление, возникает водный дефицит.

Водный дефицит - разница между содержанием воды в период максимального насыщения ею тканей и ее содержанием в растений в данное время; Рано утром ткани растений насыщенны водой. В полуденные часы содержание воды может уменьшается на 5-10% и даже до 25% зависимости от влажности. Корни воды не не успевают поглощать количество воды которое испарилось транспирации. К вечеру водный дефицит снижается, а ночью за счет активности работы корневой системы может полностью исчезнуть, если в почве содержится достаточное количество воды.

2.Функции воды в растениях. Химическое и физическое свойства воды.

Вода содержится в живых клетках, в мертвых сосудах, в межклетниках. Во взрослой растительной клетке основная масса воды находится в вакуоли, а на долю цитоплазмы приходится 5%. В клетках меристем, имеющих очень мелкие вакуоли и тонкие клеточные стенки, большая часть воды находится в цитоплазме. Оводненность органелл составляет 65%, цитозоля- 95-98% , в ядре 20-30% в хлоропластах-14-20%, в митохондриях-5-7%, мембраны содеожат-25-30% воды. Молекула воды является диполем: один плюс заряжен положительно, а другой отрицательно. Это влияет на состояние воды в клетке, во-первых, содержится много ионов, во-вторых положительно и отрицательно заряженные группы атомов входят в состав биополимеров. Благодаря электростатическому притяжению молекулы воды происходит гидратация ионизированных (- NH3,-COO) и гетерополярных групп (-COOH, - OH, -CO, -H).

Степень гидратации зависит от количества полярных, неполярных, ионизированных групп на поверхности белковой молекуле. В клеточной стенке находятся также высокополимерные соединения - целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества, которые связывают воду. Вода, связываемая молекулами биополимеров называется коллоидно-связанной.Вода находится внутри макромолекулы или между макромолекулами называется иммобилизованной. Катионы притягивают плюс молекулы воды с отрицательно заряженном атомом кислорода, тогда как анионы- с положительно заряженными атомами водорода. Воду связанную ионами или низкомолекулярными соединениями называют осмотически связанной. Коллоидно- и осмотически связанная вода, образующая вокруг коллоидов или ионов получила название гидратационной. Количество гидратационной воды зависит от объекта и его физиологического состояния и составляет 20-50% от сухой массы. Вода не входящая в состав водных оболочек (негидратационная) находится в разных формах. Диполи этой воды могут взаимодействовать друг с другом. Положительный заряд атома водорода одной молекулы притягивается к отрицательному заряду другой и между молекулами возникают водородные связи.

Негидратационная вода находится в клетке в двух фазах: решительно-упорядоченной и плотноупакованной. Обе фунукции воды неприрывно переходят друг другу. В твердом состоянии (лед) все молекулы воды соединены водородными связями и образуют правильную гексагональную решетку. При нагревании лед плавится и часть этих связей разрывается. Состояние воды в различных частях клетки неодинаково. В самой цитоплазме находится в основном коллоидно-связанная вода, но имеется свободная и осмотически связанная. В клеточном соке преобладает осмотически связанная и свободная вода. Клеточные стенки удерживают воду зав счет высокой гидрофильности их пектиновых веществ и целлюлозы. Они содержат две фракции воды подвижную и малоподвижную.

3. Термодинамические основы водообмена растительной клетки

Важным термодинамическим показателем состояния воды в системе является водный потенциал. Это производная величина от двух других термодинамических показателей – активности и химического потенциала воды.

Активность воды (а_w) характеризует ту эффективную (реальную) концентрацию, соответственно которой вода участвует в различных процессах. Всякие межмолекулярные и иные взаимодействия, уменьшающие подвижность и рассеиваемость молекул, снижают активность воды. Активность чистой воды равна единице. В растворе и в клетке активность воды всегда меньше единицы.

Химический потенциал воды (µ_w) – величина, производная от активности. Она выражает максимальное количество внутренней энергии молекул воды, которое может быть превращено в работу, имеет размерность Дж/моль и рассчитывается по формуле

Водный потенциал выражает способность воды в данной системе совершить работу по сравнению с той работой, которую при тех же условиях совершила бы чистая вода.

Водный потенциал, являясь фактически мерой активности воды, определяет термодинамически возможное направление ее транспорта. Молекулы воды всегда перемещаются от более высокого водного потенциала к более низкому. Когда система находится в равновесии с чистой водой, водный потенциал равен 0. Водный потенциал имеет размерность энергии, деленной на объем, что позволяет выражать его в атмосферах, барах или паскалях (1 атм=1,013 бар=10⁵ Па).

Водный потенциал растения является алгебраической суммой следующих составляющих:

Гравитационный потенциал отражает влияние на активность воды силы тяжести и заметно сказывается только при поднятии воды на относительно большую высоту. Он составляет примерно 0,01 Мпа*м^-1, т.е. при перемещении воды вертикально вверх на 10 м гравитационный вклад в водный потенциал составляет 0,1 Мпа. Это незначительная величина, поэтому обычно она не учитывается.

Осмотический потенциал характеризует снижение активности воды частицами растворенного вещества. Поэтому осмотический потенциал всегда является величиной отрицательной: