[ Министерство сельского хозяйства РФ
Федеральное государственное учреждение высшего профессионального
образования
Кубанский государственный аграрный университет
"УТВЕРЖДАЮ":
Декан факультета защиты растений
профессор Л.М.Онищенко
" 2010 г.
"
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины "Биофизика растений" для направления 110400 «Агрономия», профиль 110203 "Защита растений " факультета защиты растений.Ведущая кафедра биотехнологии, биохимии и биофизики Вид учебной работы Дневная форма обучения, 2-ой курс, 4-й семестр Лекции Лабораторные занятия Аудиторные занятия Самостоятельная работа Вид итогового контроля Экзамен Всего по дисциплине Краснодар Рабочая программа составлена на основании:
1. Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 110203 "Защита растений ", утвержденного 18.01.2010г. № 2. Примерной программы курса общей биофизики для высших учебных заведений по специальностям 110101 "Агрохимия и почвоведение", 110203 "Защита растений, рекомендованной Минобразованием России, 1995 г.
3. Рабочего учебного плана по специальности 110203 "Защита растений", утвержденного 29.03.2010г.
Преподавательский состав, принимающий участие в учебной работе по дисциплине "Биофизика" 4-й семестр:
Лекции- профессор Федулов Ю.П.
Лабораторные работы - доцент Демьянченко Н.А.
ст. преподаватель Николаенко С.Н.
Рабочую программу составил профессор Ю.П. Федулов Программа обсуждена и утверждена на заседании кафедры биотехнологии, биохимии и биофизики, протокол № от июня 2010 г.
Заведующий кафедрой биотехнологии, биохимии и биофизики, профессор А.И. Петенко Программа рассмотрена и одобрена методической комиссией факультета защиты растений, протокол № 6 от 21 июня 2010 г.
Председатель методической комиссии факультета защиты растений и агрохимии и почвоведения, профессор В.И. Терпелец
ПРОГРАММА
курса "Биофизика растений" для студентов, обучающихся по направлению 110400 «Агрономия», профиль 110203 "Защита растений " 1. Цель и задачи дисциплины и ее место в учебном процессе Биофизика растений является одной из теоретических наук, лежащих в основе агробиологических дисциплин. Она раскрывает физико-химические закономерности жизни и продуктивности сельскохозяйственных культур.Цель дисциплины – формирование у студентов представлений, знаний и навыков по физическим и физико-химическим основам процессов жизнедеятельности растительного организма.
Задачами дисциплины является изучение:
- физико-химических принципов строения и функционирования клеточных структур;
- строения и функционирования мембран;
- механизмов формирования биоэлектрических потенциалов;
- особенностей кинетики биологических процессов;
- законов поглощения света и миграции энергии в биологических системах;
- действия ионизирующего излучения;
- использования биофизических подходов для экспресс-диагностики устойчивости растений к различным повреждающим факторам.
Курс построен так, чтобы на лекциях и лабораторных занятиях студенты могли успешно овладеть умением воспринимать научную информацию, познали закономерности физико-химических процессов, их сущность и взаимосвязь с окружающей природой и условиями жизни растений.
Постановка лабораторных занятий организована таким образом, чтобы студенты овладели методами анализа, умением работать на необходимых приборах; научиться логически мыслить и делать правильные выводы по полученным результатам в лабораторно-исследовательской работе и грамотно оформлять полученные результаты.
Теоретические данные по курсу «Биофизика растений» базируются на данных целого ряда общеобразовательных дисциплин. Поэтому изучение таких предметов, как ботаника, химия (аналитическая, физколлоидная, органическая, неорганическая, биологическая), физика (свет, термодинамика, электричество) должно предшествовать этому курсу.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
В результате изучения студент должен: знать общие особенности термодинамики биологических систем и кинетики биологических процессов; принципы строения и функционирования биологических мембран; механизмы формирования биопотенциалов, основы биологического действия лучистой энергии; принципы авторегуляции физико-химических процессов в клетке, иметь представление о практическом использовании биофизических методов в растениеводстве, уметь регистрировать электропроводность живых объектов, снимать оптические спектры поглощения биологических объектов.
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Наименование тем, их содержание, объм в часах Понятие о биофизике, е предмет и задачи. Место биофизики в системе естественных наук.Главные этапы развития биофизики. Вклад российских ученых в развитие биофизики. Основные направления современной биофизики. Задачи биофизики в области агрономических наук.
Задачи биофизики на современном этапе.
1. ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ (2 часа) Термодинамика, основные понятия. Термодинамические потенциалы.
1-й и 2-й закон термодинамики. Законы термодинамики для биологических систем. Закрытые и открытые термодинамические системы. Энтропия и информация. Формы и потоки энергии и информации в живых системах (в клетке, организме, экосистеме, биосфере).
2. КИНЕТИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (2 часа).
Стационарное неравновесное состояние системы. Поведение системы при внешних воздействиях. Кинетика биологических процессов. Зависимость скорости биологических процессов от температуры. Координаты Аррениуса. Энергия активации. Цепные реакции. Свободные радикалы. Действие стрессовых факторов и свободно-радикальные процессы. Кооперативные свойства биологических систем на уровне молекул, клеток, организма, популяции, биосферы.
3.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ (4 часа) Строение, свойства и функции биологических мембран. Проницаемость биологических мембран.
Понятие химического и электрохимического потенциала. Диффузия веществ в биологических системах. Уравнение Фика. Потоки и диффузионные потенциалы. Осмос.
Понятие пассивного и активного транспорта веществ и их механизмы.
Формы энергии, обеспечивающие активный транспорт.
Электрические явления в живых системах. Электропроводность. Эквивалентные электрические схемы биологических объектов.
Дисперсия электропроводности, е изменение под действием внешних факторов.
Биопотенциалы, механизмы их формирования. Потенциалы покоя и потенциалы действия. Преобразование электрохимического потенциала в химические формы энергии.
Электрокинетические явления.
5. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО
Фотобиология. Поглощение света молекулами. Законы поглощения света веществом. Миграция энергии. Дезактивация возбужденного состояния.Флуоресценция. Спектры поглощения и спектры действия.
Физика первичных процессов фотосинтеза.
Биологическое действие ионизирующих излучений.
6. АВТОРЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Понятие оптимального уровня процесса для биологических систем разной сложности. Понятие обратной связи, е значение для авторегулирования.Авторегулирование скорости биохимической реакции, скорости роста растения, популяции. Колебательный характер авторегулирования.
Понятие о математических моделях биологических процессов.
7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОФИЗИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ
Использование биофизических подходов в растениеводстве. Экспрессметоды оценки устойчивости растений. Понятие тест-системы. Биофизические методы контроля состояния окружающей среды.№ № раздела Наименование лабораторной работы Объм в Изучение проницаемости биологических тканей для ионов Электрофоретическое разделение ионов Определение дисперсии сопротивления биологической ткани переменному току Электронный осциллограф и генератор сигналов Изучение образования мембранного потенциала на ионоселективной мембране Изучение поглощения света растительными Исследование люминесценции растительных Компьютерное моделирование кинетики изменения численности популяций жертвы и хищников в экологичечской модели Вольтера.
10. Самостоятельная работа студентов под контролем преподавателя Самостоятельная работа с конспектом и рекомен- Устный опрос на дованной литературой по лекционному материалу, лабораторных Оформление отчтов по выполненным лабораторным работам текущей недели Защита лабораРабота с методическими указаниями и рекомендо- торных занятиях Подготовка к защите лабораторных работ.
Отработка пропущенных по уважительной причине Защита лаборалабораторных работ с другими группами курса или торных занятиях с академическими группами других факультетов на практикуме з Посещение лабораторий во внеучебное время с целью более глубокого освоения материала и закреплеБеседа ния знаний и консультаций у дежурных преподавателей 12. Инновационные технологии используемые в преподавании При чтении лекций по отдельным темам используются мультимедийные средства.
13. Вопросы к экзамену по курсу «Биофизика растений»
1. Понятие о биофизике, е предмет и задачи. Место биофизики в системе естественных наук.
2. Главные этапы развития биофизики. Вклад российских ученых в развитие биофизики.
3. 1-й закон термодинамики, его математическое выражение.
4. 2-й закон термодинамики, его математическое выражение.
5. Закрытые и открытые термодинамические системы.
6. Понятие энтропии. Связь энтропии и информации.
7. Формы и потоки энергии и информации в живых системах (в клетке, организме, экосистеме, биосфере).
8. Строение фосфолипидов и биологических мембран.
9. Понятие внутренней и свободной энергии. Формы свободной энергии в живых организмах.
10. Строение, свойства и функции биологических мембран.
11. Проницаемость биологических мембран, коэффициент проницаемости.
12. Понятие химического и электрохимического потенциала.
13. Потенциал Нернста.
14. Диффузия веществ в биологических системах. Уравнение Фика.
15. Осмос и его роль в процессах жизнедеятельности.
16. Понятие пассивного транспорта веществ и его механизмы.
17. Понятие активного транспорта веществ и его механизмы.
18. Формы энергии, обеспечивающие активный транспорт.
19. Электрические явления в живых системах и их роль в жизнедеятельности организма.
20. Электропроводность живых систем. Явление поляризации.
21. Эквивалентные электрические схемы биологических объектов.
22. Дисперсия электропроводности.
23. Биопотенциалы, механизмы их формирования.
24. Потенциалы покоя и их связь с метаболизмом клетки.
25. Потенциалы действия, механизм их формирования, и их связь с метаболизмом клетки.
26.Преобразование электрохимического потенциала в химические формы энергии.
27. Основные законы фотохимии.
28. Понятие кванта света и его характеристики.
29. Законы поглощения света молекулами.
30.Законы поглощения света веществом. Понятие оптической плотности.
31.Спектры поглощения и спектры действия.
33. Дезактивация возбужденного состояния молекулы.
34. Флуоресценция.
35. Поглощение света молекулой хлорофилла.
36. Изменение дисперсии электропроводности под действием внешних факторов.
37. Действие ионизирующго излучения на живые организмы.
38. Понятие импеданса.
39. Влияние внешних и внутренних факторов на импеданс тканей.
40. Электрические параметры организмов и их практическое использование.
41. Понятие Доннановского потенциала и его роль в жизнедеятельности растительной.
42. Понятие сопряженного транспорта веществ на мембране и его механизмы.
43. Понятие электрогенного транспорта.
44. Электрофорез и его практическое использование.
45. Фитохромные системы растений.
46. Механизмы переноса веществ через мембраны.
47. Понятие макроэргической связи, роль АТФ в энергетическом метаблизме клетки.
48. Понятие электроосмоса.
14. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 14.1. Рекомендуемая литература а) основная литература:
1. Плутахин Г.А. Основы биофизики. КубГАУ, 2001 г. – 144с.
2. Зобенко В.Я., Плутахин Г.А. Тезисы лекций по физике и биофизике. Краснодар, 1997.
б) дополнительная литература:
3. Идиатулин В.С. Основные понятия физики и биофизики.- СПб.: Изд-во «Лань», 2008. – 96 с.
4. Биофизика. Под ред. В.Г.Артюхова. – М., Академический Проект; Екатеринбург: Деловая книга, 2009. – 294 с.
5. Основы физики и биофизики. Журавлв А.И., Белановский А.С., Новиков В.Э. и др.; под редакцией А.И.Журавлва. – 2-е изд., испр. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 384 с.
6. Практикум по биофизике. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Пасечник В.И., Вознесенский С.А., Козлова Е.К. – М.: Гуманит. изд. Центр ВЛАДОС, 2001. – 352 с.
7. Ревин В.В., Максимов Г.В., Кольс О.Р. Биофизика. Саранск, Изд-во Мордовского университета. – 2002. – 156 с.
8. Рубин А.Б. Лекции по биофизике. – М.: Изд-во МГУ, 1998. – 168 с.
9.Рубин А.Б. Биофизика.т.1, Теоретическая биофизика, М., Книжный дом «Университет» -. 1999. – 448с..
10.Рубин А.Б. Биофизика.т.2, Биофизика клеточных процессов, М., Книжный дом «Университет» -. 2000. – 467с.
11. Биофизика. Под ред. Ю.А.Владимирова. М., Медицина, 12. Волькенштейн М.В. Биофизика. М., Наука. 1981.
13. Нобел П. Физиология растительной клетки (физико-химический подход).
1973.
14.2. Средства обеспечения освоения дисциплины а) компьютеры и компьютерные программы б) методические указания для проведения отдельных лабораторных работ по биофизике.
в) протоколы лабораторных работ 15. Материально техническое обеспечение дисциплины.
Флуориметры, электронные мосты, осциллографы, магазины сопротивлений, усилители, фотометры, лабораторная посуда, 16. Протокол согласования Название кафедры Физики Органической и физколлоидной химии Физиологии и биохимии расте- растений ний Неорганической и аналитической химии Декан факультета защиты растений биотехнологии, биохимии и
КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
по дисциплине "Биофизика растений" по направлению 110400 «Агрономия», профиль 110203 "Защита растений " недели лекции рабочей Главные этапы развития биофизики. Вклад российских ученых в развитие биофизики. Основные направления современной биофизики. Задачи биофизики в области агрономических наук.
ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Термодинамика, основные понятия. Термодинамические потенциалы. 1-й и 2-й закон термодинамики. Законы термодинамики для биологических систем. Закрытые и открытые термодинамические системы. Энтропия и информация. Формы и потоки энергии и информации в живых системах (в клетке, организме, экосистеме, биосфере).
3 3 2 КИНЕТИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Стационарное неравновесное состояние системы. Поведение системы при внешних воздействиях. Кинетика биологических процессов. Зависимость скорости биологических процессов от температуры. Координаты Аррениуса.Энергия активации. Цепные реакции. Свободные радикалы.
Действие стрессовых факторов и свободно-радикальные
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ
Строение, свойства и функции биологических мембран. Проницаемость биологических мембран. Кооперативные свойства биологических систем на уровне молекул, клеток, организма, популяции, биосферы.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ
Понятие химического и электрохимического потенциала.Диффузия веществ в биологических системах. Уравнение Понятие пассивного и активного транспорта веществ и их механизмы. Формы энергии, обеспечивающие активный транспорт.
БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Электрические явления в живых системах. Электропроводность. Эквивалентные электрические схемы биологических объектов.Дисперсия электропроводности, е изменение под Биопотенциалы, механизмы их формирования. Потенциал покоя.
БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Потенциалы действия. Преобразование электрохимического потенциала в химические формы энергии.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ
Фотобиология. Поглощение света молекулами. Законы поглощения света веществом. Миграция энергии. Дезактивация возбужденного состояния. Флуоресценция.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ
Спектры поглощения и спектры действия.Физика первичных процессов фотосинтеза.
Биологическое действие ионизирующих излучений.
АВТОРЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В КЛЕТКАХ
Понятие оптимального уровня процесса для биологических систем разной сложности. Понятие обратной связи, скорости биохимической реакции, скорости роста растения, популяции. Колебательный характер авторегулирования.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
БИОФИЗИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ
Использование биофизических подходов в растениеводстве.Экспресс-методы оценки устойчивости растений. Понятие тест-системы. Биофизические методы контроля состояния Изучение проницаемости биологических Лабораторный журнал, Электрофоретическое разделение ионов Лабораторный журнал, Определение дисперсии сопротивления Лабораторный журнал, биологической ткани переменному току защита лабораторной Электронный осциллограф и генератор Лабораторный журнал, Изучение поглощения света раститель- Лабораторный журнал, Исследование люминесценции расти- Лабораторный журнал, Компьютерное моделирование кинетики Лабораторный журнал,
ПРИЛОЖЕНИЯ
К РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«БИОФИЗИКА»Выписка из Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 110203 «Защита растений», Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению подготовки дипломированного специалиста по специальности 110203 "Защита растений " Индекс Наименование дисциплин и их основные разделы Всего Термодинамика биологических систем; кинетика биологических процессов; физико-химическая организация клетки; биоэлектрические явления; физико-химические механизмы действия лучистой энергии на биологические системы; авторегуляция физико-химических процессов в клетке; практическое использование биофизических подходов.
Требования к уровню подготовки выпускника:
Выпускник должен знать:
- законы, указы, постановления, нормативные акты по использованию земель сельскохозяйственного назначения;
- состав, свойства, режимы и плодородие различных типов почв и их сельскохозяйственное использование;
- оптимальные параметры агрономических, агрофизических, биологических свойств почв для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур в различных климатических зонах страны;
- агроэкологическую группировку почв;
- основы почвенного картирования и агрохимического обследования почв;
- методы почвенных и агрохимических исследований;
- современные инструментальные методы анализа почв, растений и других сельскохозяйственных объектов;
- основы водной, химической и фитомелиорации земель;
- основы минерального питания сельскохозяйственных культур в различные периоды их роста и развития;
- химический состав, свойства органических и минеральных удобрений, агромелиорантов, превращение их в почве, миграцию элементовпитания и их биологический круговорот;
- действие пути поступления радионуклидов в растения, методы ликвидации радиоактивного загрязнения;
- методику разработки систем удобрения в севооборотах;
- методы защиты почв от водной эрозии и дефляции;
- экологические аспекты применения средств химизации в земледелии;
- научные основы земледелия, сорные растения, севообороты, обработку почвы, защиту растений от вредных организмов;
- технологию возделывания сельскохозяйственных культур и их техническое обеспечение;
- сущность физиологических процессов, протекающих в растительном организме;
- стандарты на удобрения, химические мелиоранты и растениеводческу продукцию;
- основы экономики, организации труда и производства;
- методы расчета экономической эффективности применения средств химизации земледелия;
- методы научных исследований, планирование и проведение экспериментов;
- правила и нормы охраны труда Требования к разработке и условиям разработки программы учебной дисциплины.
Вуз самостоятельно разрабатывает и утверждает программу учебной дисциплины для подготовки агрономов по защите растений на основе настоящего образовательного стандарта и "Примерной программы курса общей биофизики для высших учебных заведений по специальностям 310800 «Ветеринарная медицина», 012200 «Биофизика», 07100 «Биотехнология», «Биохимия», 013100 «Экология» рекомендованной Минобразованием России, 1995 г.
«