[ Белорусский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Декан биологического факультета
В.В. Лысак
«_27_» _мая 2011 г.
Регистрационный № УД-_302/25_/р.
Фитофизиология стресса Учебная программа (рабочий вариант) для специальности 1-31 01 01 Биология;
Специализации 1-31 01 01 03 Физиология растений Факультет биологический (название факультета) Кафедра физиологии и биохимии растений (название кафедры) Курс (курсы) Семестр (семестры) Лекции 26 Экзамен (количество часов) (семестр) Практические (семинарские) Зачет нет занятия нет (семестр) (количество часов) Лабораторные Курсовой проект (работа) _нет_ занятия 10 (семестр) (количество часов) КСР (количество часов) Всего аудиторных часов по дисциплине (количество часов) Всего часов Форма получения по дисциплине 40 высшего образования дневная (количество часов) Составил(а) О. Г. Яковец, к.б.н., доцент (И.О., Фамилия, степень, звание) 2011 г.
Учебная программа составлена на основе учебной программы (название типовой учебной «Фитофизиология стресса», 18.03.2011г, регистрационный № УД-4046/уч.
программы (учебной программы (см. разделы 5-7 Порядка)), дата утверждения, регистрационный номер) Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры физиологии и биохимии растений (название кафедры) « 19 » 05 2011 г., протокол № (дата, номер протокола) Заведующий кафедрой В.М. Юрин (подпись) (И.О.Фамилия) Одобрена и рекомендована к утверждению учебно-методической комиссией биологического факультета « 26 » 05 2011 г., протокол № (дата, номер протокола) Председатель В.Д. Поликсенова (подпись) (И.О.Фамилия)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Вопросы, связанные с изучением стрессовых реакций у растений, являются весьма важными. Во-первых, развитие представлений об ответных реакциях растений на воздействие неблагоприятных условий среды представляет научный интерес и позволяет лучше понять закономерности функционирования не только растений, но и всех живых организмов, включая и человека. Вовторых, эта область физиологии растений имеет прикладное значение, поскольку выявление механизмов устойчивости и адаптации растений к неблагоприятным факторам окружающей среды открывает широкие перспективы для развития селекции и биотехнологий.Программа курса составлена с учетом межпредметных связей и программ по смежным дисциплинам биологического профиля («Физиология растений», «Мембраны растительных клеток», «Биофизика»).
Цель курса - сформировать у студентов представление о стрессе как целом комплексе ответных неспецифических и специфических изменений в растительном организме.
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
знать:
- общую характеристику явлений стресс и адаптация;
- классификацию стрессоров;
- основные положения концепции Г. Селье;
- краткую характеристику компонентов сигнальной трансдукции;
- ответные реакции растений на действие таких стрессоров, как засуха, повышенные и пониженные температуры, засоление, аноксия, гипоксия, фитопатогены.
- использовать полученные теоретические знания для объяснения физиолого-биохимических процессов, протекающих в растительном организме, как в норме, так и при воздействии стрессоров различной природы;
- определять с помощью физиологических методов характеристики жаростойкости, морозоустойчивости растений.
При чтении лекционного курса необходимо применять технические средства обучения для демонстрации слайдов и презентаций, наглядные материалы в виде таблиц и схем.
Теоретические положения лекционного курса развиваются и закрепляются на лабораторных занятиях, при выполнении которых студенты приобретают навыки определения некоторых характеристик жаростойкости и морозоустойчивости – вязкости протоплазмы, температурного порога коагуляции цитоплазмы.
Для организации самостоятельной работы студентов по курсу необходимо использовать современные информационные технологии: разместить в сетевом доступе комплекс учебных и учебно-методических материалов (программа, методические указания к лабораторным занятиям, список рекомендуемой литературы и информационных ресурсов, задания в тестовой форме для самоконтроля и др.). Эффективность самостоятельной работы студентов целесообразно проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний в форме письменных контрольных работ, тестового компьютерного контроля по темам курса и в форме устного опроса. Для общей оценки качества усвоения студентами учебного материала рекомендуется использование накопительной рейтинговой системы.
Программа рассчитана максимально на 40 часов, в том числе 40 часов аудиторных: 26 – лекционных, 10 – лабораторных занятий и 4 – контролируемой самостоятельной работы.
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА ПРОГРАММЫ
ВВЕДЕНИЕ
Стресс и адаптация - общая характеристика явлений. Классификация стрессоров. Стрессоры биотической и абиотической природы. Концепция Ганса Селье. Рецепция стрессорного сигнала растением. Компоненты сигнальной трансдукции. Участие гормонов в сигнальной трансдукции.
1. МЕХАНИЗМЫ СТРЕССА
Ответные реакции растений на действие стрессоров. Специфические и неспецифические реакции. Природа неспецифических реакций. Стрессовые белки и их функции. Системы регуляции стрессовых сигналов у растений.Классификация растений по их устойчивости к засухе.
Способность растений поддерживать водный ток в системе: почварастение-атмосфера в условиях засухи (термодинамический подход). Факторы, обеспечивающие движение воды из почвы в растение и далее в атмосферу у ксерофитов.
3. МЕХАНИЗМЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ РАСТЕНИЙ К ЗАСУХЕ
Регуляция осмотического давления с помощью низкомолекулярных органических соединений (осмолитиков). Химическая природа осмолитиков. Биосинтез осмолитиков. Протекторная функция осмолитиков. Защита белков осмолитами амфифильной природы в условиях дегидратации цитоплазмы. Пролин и полиолы как важнейшие протекторы белков (гипотеза Шоберт). Трансгенные растения, устойчивые к засухе.
4. ЖАРОСТОЙКОСТЬ РАСТЕНИЙ
Особенности физиолого-биохимической адаптации растений к действию высоких температур: структурно-функциональные модификации компонентов клеточных мембран, синтез и функциональные особенности белков теплового шока.
5. УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ К НИЗКИМ ТЕМПЕРАТУРАМ
Реакции растений на действие холода. Пути адаптации растений к пониженной температуре. Структурные перестройки клеточных мембран при воздействии гипотермии. Роль и функция десатураз жирных кислот в изменении индекса ненасыщенных жирных кислот. Пути сигнальной трансдукции при включении биосинтеза десатураз в ходе адаптации к низким температурам.Морозостойкость. Причины гибели растений при низкой отрицательной температуре. Механизмы устойчивости растений к низким отрицательным температурам. Искусственное закаливание растений. Попытки повышения морозоустойчивости растений методами традиционной селекции, клеточной селекции и генетической инженерии.
6. СОЛЕУСТОЙЧИВОСТЬ
Типы почвенного засоления. Повреждающее действие солей. Осмотический и токсический эффекты солей. Способы адаптации растений к осмотическому и токсическому действию солей. Поддержание оводненности и ионное гомеостатирование клеток в условиях засоления. Регуляторная и протекторная функции осмолитиков при почвенном засолении.Ионное гомеостатирование клеток, его роль в солеустойчивости. Роль плазматической мембраны и тонопласта в поддержании низких концентраций Na+ в цитоплазме при засолении. Nа+-транспортирующие системы: Na+/Н+ антипортер и Na+-АТФаза.
Стратегия регуляции содержания ионов в активно метаболизирующих тканях и генеративных органах в условиях засоления.
Получение солеустойчивых растений методами классической селекции, культуры изолированных клеток и генетической инженерии.
7. АНОКСИЯ И ГИПОКСИЯ
Растения, устойчивые к недостатку кислорода. Роль гликолиза в адаптации растений к недостатку кислорода. Анатомические особенности растений, устойчивых к аноксии и гипоксии - стратегия избежания анаэробиоза. Роль гормонов в адаптации к анаэробиозу.Ответная реакция растений на резкое снижение содержания кислорода в среде. Белки, образующиеся в растениях в ходе адаптации к недостатку кислорода. Их функциональная роль. Попытки получения устойчивых к недостатку кислорода форм растений. Газоустойчивость растений.
8. УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ К ФИТОПАТОГЕНАМ
Характеристика фитопатогенов. Механизмы защиты от патогенов. Возникновение системной приобретенности иммунитета к патогенам.ким температурам 8. Устойчивость растений к фитопатогенам
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА
Номер раздела, темы, занятия ный ток в системе: почва-растение-атмосфера в зентация условиях засухи (термодинамический подход).Факторы, обеспечивающие движение воды из почвы в растение и далее в атмосферу у ксерофитов.
РАСТЕНИЙ К ЗАСУХЕ
(осмолитиков). Химическая природа осмолитиков. Пролин и полиолы как важнейшие протекторы белков. Трансгенные растения, устойчивые Особенности физиолого-биохимической адапта- 2 6 Мультиме- ЛО 1, 2, 3, контроль структурно-функциональные модификации ком- зентация понентов клеточных мембран, синтез и функциональные особенности белков теплового шока.
НИЗКИМ ТЕМПЕРАТУРАМ
адаптации растений к пониженной температуре. зентация Структурные перестройки клеточных мембран при воздействии гипотермии. Роль и функция десатураз жирных кислот в изменении индекса ненасыщенных жирных кислот.закаливание растений.
Почвенное засоление. Типы почвенного засоле- Мультиме- ЛО 1, 2, 3, ния. Повреждающее действие солей. Осмотиче- 2 дийная пре- адаптации растений к осмотическому и токсическому действию солей. Регуляторная и протекторная функции осмолитиков при почвенном засолении.
Солеустойчивость растений. Ионное гомеостатирование клеток, его роль в солеустойчивости.
Роль плазматической мембраны и тонопласта в поддержании низких концентраций Na+ в цитоплазме при засолении. Стратегия регуляции содержания ионов в активно метаболизирующих тканях и генеративных органах в условиях засоления.
Анатомо-морфологические приспособления рас- 2 Мультиме- ЛО 1, 2, 3, тений к аноксии и гипоксии. Растения, устойчи- дийная пре- вые к недостатку кислорода. Анатомические осо- зентация бенности растений, устойчивых к аноксии и гипоксии. Ответная реакция растений на резкое снижение содержания кислорода в среде Некоторые метаболические приспособления растений к аноксии и гипоксии. Роль гликолиза в адаптации растений к недостатку кислорода.
Белки, образующиеся в растениях в ходе адаптации к недостатку кислорода, их функциональная
ФИТОПАТОГЕНАМ
Характеристика фитопатогенов. Механизмы за- 2 дийная пре- щиты от патогенов. Возникновение системной зентация приобретенности иммунитета к патогенам.
ИНФОРМАЦИОННАЯ ЧАСТЬ
Кузнецов В. В., Дмитриева Г. А. Физиология растений: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк. Косулина Л.Г., Луценко Э.К., Аксенова В.А. Физиология устойчивости растений к неблаго- приятным факторам среды. Ростов-на Дону.Егорова Т.А, Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии: Учебное пособие для высш. пед. учебн. завед. М.: Академия.
Чиркова Т.В. Физиологические основы устойчивости растений: Учебное пособие. Изд. С.- Петерб. ун-та.
Балнокин Ю.В. Ионный гомеостаз и осморегуляция у галотолерантных микроводорослей // Физиология растений. – Т. 40, вып. 4. - С. 567-576.
Туманов И.И. Физиология закаливания и морозостойкости растений. М.: Наука.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
1. Определение вязкости протоплазмы клеток растений, различающихся по 2. Определение температурного порога коагуляции цитоплазмы (4ч). 3. Изучение действия сахара на белки протоплазмы при отрицательных КОНТРОЛЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ
РАБОТЫ
2. Механизмы приспособления к засухе.
3. Жаростойкость растений.
4. Устойчивость растений к низким температурам.
СТРУКТУРА РЕЙТИНГОВОЙ ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ
ИТОГОВАЯ ОЦЕНКА:
Определяется по формуле (минимум 4, максимум 10 баллов):Итоговая оценка выставляется только в случае успешной сдачи экзамена (4 балла и выше)
«