ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УТВЕРЖДАЮ

Председатель приемной комиссии

А.Д. Гуляков

«_» 2014 г.

ПРОГРАММА

ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ В МАГИСТРАТУРУ

ПО НАПРАВЛЕНИЮ 06.04.01 «БИОЛОГИЯ»

МАГИСТЕРСКАЯ ПРОГРАММА

«ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ»

Пенза – 2014

1. КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Квалификация выпускника – Магистр биологии.

Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки магистра по направлению 06.04.01 Биология по очной форме обучения – 2 года.

Квалификационная характеристика выпускника.

Магистр биологии осуществляет научно-исследовательскую и научнопроизводственную деятельность по изучению и охране живой природы и использованию биологических систем в хозяйственных и медицинских целях. Магистр биологии подготовлен к самостоятельной деятельности, требующей широкого образования в области биологии и углубленной профессиональной специализации, владения навыками научноисследовательской и научно-педагогической работы; широко эрудирован, обладает фундаментальной научной базой, владеет методологией научного творчества, экспериментальными методами и подходами современной биологии, информационными технологиями.

Магистр биологии разрабатывает нормативные документы в своей области деятельности, самостоятельно планирует, организует и выполняет экспедиционные работы и лабораторные исследования; анализирует получаемую полевую и лабораторную информацию, обобщает и систематизирует результаты выполненных работ, используя современную вычислительную технику;

составляет научно-технические отчеты и другую установленную документацию;

следит за соблюдением установленных требований, действующих норм, правил и стандартов в области профессиональной деятельности; самостоятельно проводит экспериментальные исследования, формулирует их задачу, разрабатывает и осуществляет новые методические подходы, участвует в обсуждении, оценке и публикации результатов, в патентной работе, составлении патентных заявок, в работе семинаров и конференций. Следит за соблюдением законов РФ, международных соглашений, норм и правил в области охраны природы и здоровья человека, планирует мероприятия по предотвращению деградации и загрязнения природной среды. Ведет самостоятельную научнопроизводственную деятельность в области биотехнологии, охраны природы и медицины.

Исходя из своих квалификационных возможностей, магистр биологии подготовлен к самостоятельной работе на научных должностях, в том числе:

биолога, инженера-исследователя, научного сотрудника в научноисследовательских и научно-производственных учреждениях, и, в соответствии с полученной специализацией, в других должностях согласно требованиям Квалификационного справочника должностей руководителей, специалистов и других служащих, утвержденных постановлением Минтруда РФ от 21.08.98 № 37.

Магистр биологии подготовлен к педагогической деятельности в средней и высшей школе.

Сфера профессиональной деятельности магистра биологии Научно-исследовательские и научно-производственные учреждения и организации любой формы собственности, а также в государственные и негосударственные средние, средние специальные и высшие учебные заведения.

2. Содержание вступительного экзамена 2.1. Общая биология Науки о биологическом многообразии.

Прокариоты и эукариоты как этап филогенеза. Основные отличия в их организации. Современная система органического мира. Надцарства:

прокариоты и эукариоты. Время появления, главные особенности, представители. Значение образования ядра в эволюции органического мира.

Отличительные особенности прокариот и эукариот по признакам: размерам клеток, строению ядерного аппарата, делению клеток, плоидности, типам и способам питания, набору пигментов, строению оболочки клеток.

Основные черты строения и жизнедеятельности одноклеточных.

Группа Жгутиконосцев. Различные типы питания жгутиконосцев. Жгутики, их электронномикроскопическое строение и функции. Пелликула.

Размножение жгутиконосцев. Колониальные воротничковые жгутиконосцы как предки многоклеточных организмов. Патогенные зоомастигины (трипаназомы, лейшмании, трихомонады, лямблии), их хозяева и переносчики. Группа Саркодовые. Типы Фораминифера, Lobosea, Filosea, Heliosoea. Основные признаки. Роль фораминифер и радиолярий в образовании донных отложений, их использование в качестве руководящих ископаемых. Патогенные кишечные амебы. Группа Альвеоляты. Тип Апикомплексы. Кокцидиозы домашних животных. Малярия, ее возбудители и переносчики. Распространение малярии на земном шаре. Ликвидация малярии как массового заболевания на территории южных районов России:

состояние проблемы в начале XXI века. Тип Инфузории. Общая характеристика инфузорий как наиболее сложно организованных простейших. Отличительные признаки подклассов и отрядов ресничных инфузорий. Филогения протист. Проблема происхождения многоклеточных.

Теории Э. Геккеля, И.И. Мечникова, Бючли. Особенности строения пластинчатых как подтверждение теории фагоцителлы И.И. Мечникова.

Единство онтогенеза и филогенеза. Законы филогенетического развития.

Основные черты организации радиальных и билатеральных животных. Тип немертин и черты более высокой организации относительно плоских червей.

Общая характеристика и систематика типов головохоботных, нематод, скребней и коловраток. Свободноживущие нематоды, их значение (почвенные, водные). Нематоды - паразиты человека, сельскохозяйственных животных, насекомых. Различная степень усложнения паразитизма.

Геогельминты и биогельминты. Меры борьбы с паразитическими нематодами. Использование энтомонематод для борьбы с вредными насекомыми. Жизненный цикл различных червей. Биологическое значение партеногенеза. Гетерогония. Цикломорфоз. Тип Кольчатые черви.

Отличительные признаки первичноротых. Кольчатые черви как важное звено в эволюции животных. Прогрессивные черты их организации. Вторичная полость тела (целом), ее отличия от первичной полости. Происхождение и функции целома. Филогения кольчатых червей. Общая характеристика типа моллюсков. Расчленение тела. Раковина и ее строение. Мантия.

Преобразования вторичной полости тела. Замкнутая и незамкнутая кровеносные системы. Пигменты крови, дыхательная, выделительная и нервная системы. Мантийный комплекс органов. Общие черты развития моллюсков и кольчатых червей. Деление на подтипы и классы. Общая характеристика типа членистоногих. Аннелидные и артроподные черты в организации членистоногих. Усложнение сегментации в результате формирования отделов тела и членистых конечностей. Хитиновый покров как наружный скелет и его значение. Дифференциация конечностей по функциям и по форме. Полость тела и строение кровеносной системы.

Органы дыхания и способы дыхания. Органы выделения. Нервная система.

Размножение. Количество видов, распространение и роль членистоногих в природе. Деление типа на подтипы и классы. Внешняя морфология и расчленение тела представителей класса насекомых. Конечности и их видоизменения в связи с образом жизни. Крылья, их строение и происхождение. Полет насекомых. Типы ротовых аппаратов в связи со способом питания. Внутреннее строение насекомых. Органы дыхания, приспособления, связанные с обитанием в воздушной среде. Особенности водного баланса. Жировое тело. Мальпигиевы сосуды. Хитин. Окраска насекомых и ее биологическое значение. Способы размножения и развития насекомых. Биологическое значение метаморфоза насекомых. Полный и неполный метаморфоз. Диморфизм и полиморфизм у насекомых.

Общественные насекомые. Поведение. Вредители сельского и лесного хозяйства и меры борьбы с ними. Паразиты, хозяева и переносчики возбудителей болезней. Полезные и одомашненные насекомые. Насекомые как опылители растений. Коэволюция насекомых и цветковых растений.

План строения тела хордовых. Происхождение хордовых их место среди других типов животного царства, признаки общие с некоторыми группами беспозвоночных животных.

Обзор низших хордовых. Подтипы хордовых, их филогенетические связи. Оболочники и бесчерепные, краткая характеристика организации.

Общая характеристика подтипа Позвоночных: форма тела, кожные покровы, скелет, череп, висцеральный скелет и происхождение челюстей, нервная система. Связь организации позвоночных с главнейшими этапами их эволюции. Классификация подтипа. Филогения позвоночных.

Происхождение и характеристика представителей раздела Бесчелюстных.

Организация представителей класса круглоротых, как наиболее примитивных современных позвоночных. Особенности организации и биологии палеозойских щитковых. Характеристика надкласса рыб.

Систематика надкласса. Сравнительный морфо-анатомический анализ хрящевых и костных рыб: форма тела, гидродинамические особенности, передвижение; кожные покровы и их производные, эволюция чешуи рыб;

плавники и теории их происхождения; скелет, череп (соотношение нейрокраниума и дермокраниума, спланхнокраниум); дыхательная, пищеварительная, кровеносная, выделительная, половая, нервная системы.

Пути эволющии рыб и филогенетические связи различных таксономических групп. Особенности организации двоякодышащих и кистеперых рыб. Их место в филогении позвоночных. Саркоптеригии как возможные предки наземных позвоночных. Выход позвоночных на сушу, определяющие эволюционные факторы. Проблема происхождения пятипалой конечности.

Акантостега и явление преадаптации. Общая характеристика, происхождение и эволюция амфибий. Филогения земноводных. Радиация палеозойских амфибий. Дуго- и тонкопозвонковый амфибии, характеристика и направления эволюции. Преобразование осевого скелета в позвоночник наземного типа. Эволюция позвонка. Филогения и особенности организации современных отрядов земноводных. Пресмыкающиеся как первые настоящие наземные позвоночные. Родственные связи амниот. Особенности организации и биология ранних амниот. Височные окна и классификация амниот. Филогения амниот. Происхождение и особенности организации диапсид. Сравнительная характеристика ранних и поздних диапсид.

Дивергенция диапсид на лепидозавров и архозавров, ее основные причины.

Особенности организации и эволюция лепидозавров. Мезозойские морские пресмыкающиеся, особенности организации и филогения. Эволюция архозавров. Систематика, биология и особенности организации динозавров.

Инертная гомойотермия и высокая инцефализация, их роль в эволюционном расцвете динозавров. Основные систематические группы динозавров и их филогенетические связи. вымирание динозавров, основные гипотезы.

Возникновение полета у позвоночных. Происхождение, биоилогия и филогения птерозавров. Мезозойские птицы: археоптерикс как представитель тупиковой линии ящерохвостых птиц. Теории возникновения полета. Характеристика продвинутых птичьих черт. Филогения птиц и их предков. Меловые зубатые птицы. Кайнозойские палеогнатические и неогнатические птицы. Систематика класса птиц. Особенности организации современных птиц. Характеристика остеологических преобразований.

Двойное дыхание и «запрет» на живорождение. Кинетизм черепа диапсид, его виды и значение. Происхождение млекопитающих. Подкласс синапсиды:

особенности организации, биология и филогенетические связи пеликозавров и терапсид. Филогения зверообразных рептилий. Происхождение признаков свойственных млекопитающим. Процинозухиды и эволюция челюстной мускулатуры. Тринаксодонты и ранние стадии развитие скелета млекопитающих. Хиникводонтиды, тритилодонтиды и дальнейшая эволюция скелета млекопитающих. Происхождение среднего уха, возникновение вторичного челюстного сустава и изменения челюстной механики у млекопитающих. Значение этих преобразований в эволюции этой группы позвоночных. Примитивные мезозойские млекопитающие, их биология и особенности организации. Происхождение волосяного покрова.

возникновение молочных желез и их значение для формирования точной зубной окклюзии. Общая характеристика примитивных териевых, однопроходных и сумчатых млекопитающих. Филогения мезозойских млекопитающих.

Эволюция структуры тела водорослей. Типы морфологической дифференциации таллома: монадный, ризоподиальный, пальмеллоидный, коккоидный, нитчатый, гетеротрихальный, пластинчатый.

Псевдопаренхиматозный, сифональный, сифонокладальный. Их характеристика, отличительные признаки, представители, возможные переходы между ними. Параллелизм морфологической эволюции в разных, филогенетически отдаленных группах низших организмов. Эволюция циклов воспроизведения низших растений. Понятие о циклах воспроизведения как последовательности развития от того или иного исходного этапа до его повторения. Низшие растения – это не таксономическая категория, а талломные фотосинтезирующие организмы – водоросли. Многообразия их способов размножения (вегетативное, бесполое, половое), изменение набора хромосом в ядре (удвоение при половом процессе; редукция при мейозе) обусловили многообразие циклов воспроизведения растений. Варианты гапло-диплофазные циклы с изоморфной и гетероморфной сменами поколений. Редукция сидрическая (ульвовые, сифоновые). Дальнейшее преобладание диплоидной фазы (глубоководность, эндофитый образ жизни) приводят к сокращению гаплоидной фазы (гаплоидны только гаметы) и вознокновению диплофазного цикла (каулерпа, кутлерия из сифоновых) редукция гаметическая.

Производность диплофазного цикла бурых подтверждается отсутствием у фикусовых бесполого размножения зооспорами. Особый цикл воспроизведения у красных водорослей – гапло-дипло-диплофазный – с чередованием трех поколений: свободно живущих гаплоидного гаметофита и диплоидного спорофита (тетраспорофита) и живущего на гаметофите диплоидного карпоспорофита. Происхождением такого уникального жизненного цикла – эволюционная компенсация за потерю жгутиков. Чередование гапло- и диплофазы в жизненных циклах высших споровых растений. Основные направления в изменении соотношения этих фаз. Редукция спорическая.

Преимущества спорофитной линии. Основные биологические преимущества разноспоровости. Разносоровость – это этап на пути появления семенных растений. Спорогенез и гаметогенез у семенных растений. Особенности протекания спорогенеза и гаметогенеза у голосеменных растений (на примере сосны): микро- и макроспорогнез, строение семяпочки. Эволюция мужского и женского гаметафитов в пределах отдела Голосеменные. Дальнейшая редукция гаметофазы у цветковых растений: строение пыльцы, семяпочки. Варианты формирования зародышевого мешка.

Физиология.

Уровни организации и целостность многоклеточного организма (на примере человека). Общие принципы регуляции жизненных функций животных и человека. Понятие гомеостаза. Принцип динамичности гомеостатических показателей. Механизмы гомеостаза. Иммунитет и его виды. Врожденный, приобретенный: активный и пассивный: клеточный и гуморальный. Формирование иммунитета. Механизмы иммунитета.

Иммунодефицит. Особенности строения и функционирования основных систем органов человека. Система крови. Клетки крови. Механизмы свертывания крови. Кровь и механизмы иммунитета. Кроветворение.

Регуляция системы крови. Сердечно-сосудистая система. Свойства сердечной мышцы. Регуляция работы сердца. Скорость движения крови по сосудам.

Артериальное давление. Регуляция движения крови по сосудам. Система дыхания. Механизмы внешнего дыхания. Газообмен. Транспорт газов кровью. Дыхание в различных условиях. Роль гемоглобина. Тканевое дыхание. Регуляция дыхания. Адаптации дыхательной системы. Дыхание в различных условиях. Гигиена дыхания. Пищеварительная система.

Пищеварение в желудке. Пищеварение в 12-перстной кишке. Роль печени в жизнеобеспечении организма. Пищеварение в толстом кишечнике.

Механизмы всасывания. Регуляция работы пищеварительной системы. Обмен белков, жиров, углеводов. Обмен энергии. Терморегуляция. Органы и процессы выделения. Механизмы образования мочи. Регуляция работы почек.

Гормональные системы организма. Функции нейро-эндокринной системы.

Механизмы действия гормонов. Физиология гипофиза, тимуса, щитовидной железы, поджелудочной железы, надпочечников, половых желез. Клетки и органы - мишени. Принцип работы гормонов. Физиология возбудимых тканей. Биоэлектрические явления в живых клетках. Природа потенциала покоя. Роль ионных каналов и насосов в поддержании потенциала покоя.

Возбуждение как биоэлектрический процесс. Структура и механизм возникновения потенциала действия. Роль ионных каналов и насосов в возникновении и развитии потенциала действия. Возникновение потенциала действия в скелетных, гладких и поперчено-полосатой сердечной мышцах.

Особенности функционирования ионных каналов. Механизм мышечного сокращения. Роль АТФ в этом процессе. Регуляция силы и степени сокращения мышц. Передача возбуждения по нервным волокнам.

Сальтаторное проведение. Межклеточная передача возбуждения. Условия вхождения тока в клетку. Механизмы работы разных типов синапсов. Роль медиаторов (нейротрансмиттеров). Адаптационные реакции организма.

Стресс как общая неспецифическая адаптационная реакция. Теория стресса Г. Селье. Факторы стресса. Стадии формирования ответа организма на стрессовые воздействия. Роль нервных и гуморальных факторов в осуществлении стресс-реакции. Эустресс и дистресс. Управление стрессом и способы снятия стресса. Роль эмоций в осуществлении стресс-реакции.

Эмоциональный стресс как разновидность психофизиологического стресса.

Механизм регулирования деятельности организма посредством нервной системы. Автономная (вегетативная) и центральная нервная система.

Принципы взаимодействия. Функции нервной системы. Функции разных отделов ЦНС. Принцип отражательной деятельности нервной системы.

Структура рефлекса. Классификация рефлексов по структуре, виду раздражителей, биологическому смыслу. Особенности безусловных и условных рефлексов. Механизмы образования и торможения условных рефлексов. Аналитико - синтетическая деятельность КБП. Принципы нервной регуляции и координации функций: доминанты, обратной связи, общего конечного пути, субординации. Синапсы, проведение импульсов.

Констелляции. Понятие доминанты. Закон обратной связи. Взаимосвязь нервной и гуморальной регуляции функций. Общее понятие об анализаторах. Системы восприятия информации. Общая физиология рецепции. Функции анализаторов зрения и слуха. Механизмы работы оптической системы органа зрения. Механизмы работы фоторецепторов.

Механическая система органа слуха. Функции кортиева органа. Функции вестибулярного аппарата. Качественное своеобразие высшей нервной деятельности человека. Возникновение второй сигнальной системы. Речь, ее физиологические механизмы. Понятие о сигнальных системах. Сигнальные системы как различные уровни единой высшей нервной деятельности.

Значение второй сигнальной системы в обучении и передаче информации.

Возрастная физиология ВНД. Работы И.П. Павлова, И.М. Сеченова и других отечественных физиологов по изучению ВНД. Потребностно-эмоциональная сфера человека. Биологические, социальные и духовные потребности. Виды мотиваций человека. Мотивация в структуре функциональной системы.

Мотивация как доминанта. Эмоции. Функции эмоций. Особенности эмоциональных проявлений у человека. Психофизиологические основы эмоций. Место человека в природе. Мировоззренческие позиции антропоцентризма и биоцентризма. Роль человека в эволюции Земли.

Водный режим клетки и целого растений. Структура, свойства и роль в жизни растений. Поступление воды в растительную клетку. Водный баланс растения. Транспирация. Поступление и передвижение воды в растениях.

Формы воды в почве. Физиологические основы устойчивости растений к засухе. Проблема адаптации в условиях экологического стресса. Водный обмен различных экологических групп растений. Засухоустойчивость растений. Физиологические основы орошения. Фотосинтез. Типы углеродного питания растений. История открытия и изучения фотосинтеза.

Уникальная роль процесса фотосинтеза на Земле. Химический состав хлоропластов, их структура и ультраструктура. Пигменты листа. Энергетика фотосинтеза. Образование энергии при фотофизических и фотохимических процессах фотосинтеза. Химизм процессов фотосинтеза. Световая и темновая фазы фотосинтеза. Ассимиляция СО2 у С3- и С4 – растений и образование метаболитов. Влияние условий на процесс фотосинтеза.

Фотосинтез и продукционный процесс. Оптимизация фотосинтетической деятельности агрофитоценозов. Фотосинтез и продуктивность как фактор сбалансированности биосферных процессов на Земле. Дыхание растений.

Дыхание и его значение в жизни растительного организма. Дыхание растений как источник энергии и ассимилятов. История развития учения о дыхании. Генетическая связь дыхания и брожения. Пути дыхательного обмена (гликолиз, цикл Кребса, пентозофосфатный), их характеристика.

Влияние различных факторов на интенсивность дыхания. Дыхание и фотосинтез как основные энергетические процессы растительного организма.

Физиология роста и развития растений. Понятие роста и развития растений, их взаимосвязь. Рост клеток. Меристемы. Дифференциация клеток и тканей.

Рост растительного организма. Периодичность роста. Основные регуляторы процессов роста и развития растений - ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота, этилен, брассиностероиды и др. Физиологическая природа покоя у растений. Движения растений. Регуляция жизненных процессов. Развитие растений. Концепции, гипотезы и теории о развитии растений. Механизмы прорастания семян, перехода к старению, цветению, опадению. Явление яровизации, фотопериодизма. Фитохромная система. Пол растений и его гормональная регуляция. Физиологические основы устойчивости растений. Различные виды устойчивости и их характеристика.

Стресс, как физиологическое состояние растительного организма, вызванный неблагоприятными условиями.

Биология клетки.

Методы цитологии. Методы световой микроскопии. Методы, направленные на выделение и изучение субмикроскопических структур (электронное микроскопирование; дифференциальное центрифугирование;

рентгеноструктурный анализ; авторадиография). Метод культуры тканей.

Клеточная теория. Предпосылки создания. Основные положения клеточной теории. Значение клеточной теории. Развитие клеточной теории в трудах Р. Вирхова. Современная клеточная теория. Новая синтетическая наук

а – биология клетки. Основные черты строения, метаболизма, закономерности воспроизведения, специализации клеток. Морфология клетки, клеточные мембраны. Значение клеточных мембран. Химический состав, макромолекулярная организация. Метаболическая, энергетическая, информационная функция клеточных мембран. Мембранные и немембранные органоиды клетки, их строение и функции. Сравнительная характеристика строения, метаболизма и воспроизведения про- и эукариотических клеток; тканевых клеток и клеток –организмов.

Особенности энергетики живых систем. Классификация живых организмов по используемым внешним энергетическим ресурсам. Энергетический обмен в клетке органотрофов. Пути накопления энергии: гликолиз, окислительное декарбоксилирование, окислительное фосфорилирование. Связь ультраструктурной организации митохондрий. Конвертируемые формы энергии в клетке: µ Н+, µNа+, АТФ. Законы биоэнергетики В.П. Скулачева. Ядро. Значение, строение и функции ядра и отдельных его структур. Ядерные цитоплазматические взаимоотношения. Пролиферация клеток. Классификация клеточных популяций по способности к пролиферации. Клеточный цикл и его регуляция. Покоящиеся клетки. Митоз, как универсальная форма клеточного деления, его биохимия и механика.

Амитоз, эндомитоз, мейоз. Молекулярные механизмы раздражимости и возбудимости клетки. Биоэлектрические явления, их роль в передаче информации. Клетка как элементарная биологическая система. Системность как методологический подход к изучению клетки. Свойства клетки как элементарной биологической системы. Черты строения, развития, функционирования и эволюции тканей животных. Неклеточные структуры живых организмов (симпласт, синцитий, межклеточное вещество).

Классификация и эволюция основных типов тканей животных и человека.

Эпителиальные ткани. Строение, функции, классификация, происхождение.

Регенерация эпителиальных тканей. Соединительные ткани. Основные черты строения, развития, функционирования и эволюция соединительных тканей.

Ткани внутренней среды организма (кровь, лимфа). Строение, функции, гистогенез. Скелетные ткани. Общая характеристика. Классификация, гистогенез. Мышечные ткани. Классификация, основные черты строения, функционирования и происхождение. Нервная ткань и нейроглия. Общая характеристика и гистогенез.

Генетика и эволюция.

Наследственность и изменчивость как фундаментальные свойства организма на всех уровнях организации живого (молекулярном, клеточном, организменном и популяционном). Природа гена. Развитие представлений о гене. Молекулярные механизмы реализации наследственной информации.

Цитологические механизмы митоза, мейоза. Механизмы бесполого и полового размножения. Возникновение и развитие генной теории.

Молекулярные механизмы наследственности. Молекулярные механизмы реакции наследственной информации. Природа генетического материала.

Нуклеиновые кислоты (химический состав и строение). Модель структуры ДНК Уотсона-Крика. Организация ДНК в хромосомах. Принцип комплементарности. Тонкая структура гена. Сущность и основные свойства генетического кода. Уровни управления генной активностью (оперон, синтез и-РНК и р-РНК). Механизмы трансляции. Механизмы редупликации ДНК.

Генетический год, его свойства. Транскрипция, трансляция у про- и эукариот.

Обратная транскрипция и центральная догма молекулярной биологии.

Принципы и методы генетического анализа. Закономерности наследования при моно-, ди- и полигибридных скрещиваниях. Законы И.Г. Менделя и условия их проявления. Правило «чистоты» гамет. Механизмы доминирования. Моногибридные скрещивания. Первое и второе поколение гибридов. Расщепление признаков во втором поколении гибридов.

Дигибридное скрещивание. Полигибридные скрещивания. Понятие о гено- и фенотипе. Аллельные гены. Доминантные и рецессивные гены.

Анализирующие скрещивания. Механизмы полного и неполного доминирования. Сцепленное наследование. Кроссинговер, биологический смысл, типы, механизмы, доказательства. Локализация гена. Основные закономерности наследования при взаимодействии генов. Комплементарность, эпистаз, полимерия. Плейотропия. Основные закономерности наследования при сцеплении неаллельных генов. Картирование хромосом. Генетика пола.

Цитологические основы полового размножения. Балансовая теория пола.

Наследственные заболевания, сцепленные с полом. X, У - половые хромосомы, их структура. Нехромосомное наследование. Наследственность и изменчивость. Генотипическая изменчивость. Комбинативная изменчивость, механизмы. Мутационная изменчивость, ее эволюционное значение.

Мутагенез, мутагенные эффекты природных и антропогенных факторов.

Модификационная изменчивость - формы проявления, механизмы, адаптивное и эволюционное значение. Генетические основы онтогенеза, стадии и критические периоды. Механизмы дифференцировки клеток и тканей. Органогенез. Понятие онтогенеза и его стадии. Реализация генетической информации. Органогенез и системогенез. Генетика человека.

Методы изучения. Наследственные заболевания. Мутации и наследственность человека. Проблемы медицинской генетики. Типы мутаций. Наследственные синдромы. Методы пре- и постнатальной диагностики на базе центров медико-генетического консультирования.

Наследственные заболевания. Генетика и физиология основных форм поведения. Популяция, ее генетическая структура. Генетический гомеостаз в популяциях. Факторы генетической динамики популяций. Популяции как единицы эволюционного процесса. Микроэволюция, факторы, результаты.

Генетические основы селекции. Источники изменчивости для отбора.

Системы скрещиваний у растений и животных. Методы отбора. Гетерозис.

Значение и использование селекции. Селекция в животноводстве и растениеводстве. Сорта и породы. Современная биотехнология – основные принципы, методы и перспективы работы с ДНК. Кинетика ренатурации, рестрикционный анализ, метод рекомбинантных ДНК, векторы для клонирования. Библиотека геномов. Направления генной инженерии. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости Н.И. Вавилова, его значение для понимания закономерностей эволюции и селекции растений.

Центры происхождения культурных растений.

История эволюционных идей в развитии естественных наук. Элементы эволюционизма в учениях древнего Востока, античной и римской философии. Метафизический период в развитии биологии. Развитие систематики (Д. Рей, К. Линней). Формирование типологической концепции вида. Теории преформизма и эпигенеза. Зарождение трансформизма.

Дальнейшее развитие систематики, палеонтологии, сравнительной анатомии и сравнительной эмбриологии. Учение о естественных группах. Значение работ Ж. Кювье и Ж. Сент-Илера. Учение Ж.Б. Ламарка. Идея эволюционного развития природы. Трактовка причин эволюции.

Номиналистические представления о виде. Оценка эволюционной концепции Ламарка. Развитие эмбриологии. Создание клеточной теории. Возникновение биогеографии. Усиление экологических аспектов в изучении природы.

Исторический метод в геологии (Ч. Лайель.). Генетические основы эволюции. Микроэволюция. Понятие микроэволюции. Характеристики популяции как эколого-генетической системы. Эволюционное значение популяций как элементарной микроэволюционной единицы. Эволюционное значение адаптивных модификаций, разных форм мутаций, комбинативной изменчивости. Внутрипопуляционный полиморфизм. Факторы, изменяющие генофонд популяций. Динамика и значение резерва наследственной изменчивости (груза генов) популяций в эволюции. Роль генетикоавтоматических процессов в изменении генофонда популяций.

Популяционные волны как элементарный эволюционный фактор. Значение миграции в изменении генетической структуры популяций (поток генов).

Изоляция и ее роль в эволюции. Особенности действия элементарных факторов в эволюции агамных форм. Борьба за существование как взаимодействие организмов с окружающей средой. Причины, формы борьбы за существование. Представления о естественном отборе во времена Ч. Дарвина и в современной теории эволюции. Направления естественного отбора при разных формах борьбы за существование. Объекты, сфера действия, особенности естественного отбора. Эффективность, скорость действия, количественная характеристика естественного отбора. Формы естественного отбора и их эволюционные результаты. Понятие полового отбора. Отбор у агамных форм. Нарушения закона Харди-Вайнберга как неизбежное явление природы и как причина изменения генофонда популяции. Микроэволюция как итог взаимодействия направленных и ненаправленных факторов эволюции. Популяция как единица микроэволюции. Элементарное эволюционное явление - изменение генотипического состава популяции. Популяционная дифференцировка вида как результат микроэволюции. История развития понятия вида в биологии.

Критерии и признаки вида. Структура вида. Аллопатрические и симпатрические формы. Генетический полиморфизм, биотипы, чистые линии. Понятие политипического и биологического вида. Разнообразие путей формирования новых видов. Экологическая радиация. Филетическая эволюция. Географическое, экологическое, гибридогенное видообразование и сетчатая эволюция. Макроэволюционные процессы. Понятие эволюционного прогресса и его критерии. Пути биологического прогресса.

Биологический и морфофизиологический прогресс и регресс, критерии и способы его осуществления. Стасиморфоз. Проблемы вымирания и тупики в эволюции. Неограниченный, биологический, групповой биотехнический типы прогресса. Организация жизни. Развитие представлений о сущности жизни. Характеристика жизни как особой формы движения материи.

Основные свойства живого. Современные гипотезы происхождения жизни.

Значение работ А.И. Опарина, Д. Холдейна, Д. Бернала. Основные этапы биогенеза и их экспериментальное моделирование (работы С. Миллера, С. Фокса, Д. Оро и др.). Эволюция энергетических процессов (брожение, фотосинтез, дыхание). Системность и организованность жизни. Эволюция на разных уровнях организации жизни. Роль живого вещества в геохимических процессах биосферы. Эволюция - необходимое условие существования жизни на Земле. Усложнение, обособление и дифференциация уровней организации в эволюции.

Антропогенез. Место человека в системе животного мира. Развитие представлений о происхождении человека. Основные этапы становления человека. Возникновение человека современного типа. Роль биологических и социальных факторов в эволюции человечества. Движущие силы антропогенеза и их специфика. Биологические предпосылки происхождения человека. Роль социального образа жизни в становлении человека. Роль труда, группового отбора в эволюции человека и его культуры. Эволюция языка и речи, возникновение второй сигнальной системы. Культурная эволюция. Человек - уникальный вид и специфика его адаптаций.

Особенности биологической эволюции современного человека. Возможные пути эволюции человека в будущем. Антропогенное влияние на ход эволюционного процесса. Вопрос о центрах происхождения человека.

Гипотеза широкого моноцентризма. История формирования рас.

Доказательства единства рас. Адаптивное значение расовых признаков.

Социал-дарвинизм, расизм. Биологическая несостоятельность расизма.

Экология и рациональное природопользование.

Понятие среды обитания. Разнообразие жизненных сред (водная, наземно-воздушная, почвенная и организменная) и их характерные особенности. Взаимодействие организма и среды. Комплекс факторов среды, их классификация. Общие закономерности действия факторов среды на организм. Классификации адаптаций организмов к действию факторов среды. Популяционная структура вида. Географические, экологические и элементарные популяции. Половая, возрастная, пространственная, этологическая и генетическая структура популяции. Понятие оптимальной плотности населения и колебания численности популяций. Демографические процессы, понятие о биотическом потенциале. Емкость среды.

Экологические стратегии, свойственные популяциям животных и растений.

Кривые выживания. Понятия «биоценоз», «экосистема», «биогеоценоз».

Структура биоценоза: видовая, пространственная, экологическая, трофическая структура. Цепи и сети питания. Экологические пирамиды:

чисел, биомассы, энергии. Круговорот веществ в экосистеме. Распределение потока энергии и правило 10%. Продуктивность экосистемы. Формы связей между видами в биоценозе. Особенности отношений «хищник-жертва» и «паразит-хозяин», адаптации взаимодействующих видов друг к другу.

Межвидовая конкуренция. Понятие об экологической нише, фундаментальные и реализованные ниши. Дифференциация экологических ниш. Закон Гаузе. Концепция биосферы В.И. Вернадского. Границы и вещество биосферы. Эволюция биосферы. Функции и свойства биосферы.

Функции и свойства живого вещества. Круговорот веществ в природе.

Понятие ноосферы. Биологическое разнообразие. Индексы и закономерности видового разнообразия. Обычные и редкие виды. Причины редкости.

Понятие об интродукции, акклиматизации, реакклиматизации. Мониторинг окружающей среды. Виды – индикаторы состояния среды. Красные книги.

Особо охраняемые природные территории и объекты. Государственные органы охраны окружающей среды.

Краткий обзор растительных ресурсов мира. Современное значение растительного сырья и растительных ресурсов в народном хозяйстве.

Методы оценки современных ресурсов флоры и растительности. Способы восстановления эксплуатируемых популяций.

Рациональное использование флоры и растительности – важнейшее условие сохранения среды обитания. Законодательство и нормативноправовые документы России и Пензенской области в области охраны и рационального использования растительного мира. Основные формы просветительской работы среди населения по рациональному использованию и охране растений и растительности.

2.2. Физиология растений Введение Предмет физиологии растений. Физиология растений – наука об основных жизненных процессах или функциональных системах растительных организмов и их взаимосвязи с условиями окружающей среды.

Задача физиологии растений - выявление общих закономерностей, определяющих процессы жизнедеятельности растений. Цель физиологии растений – разработка путей и способов регуляции физиологических процессов для повышения продуктивности растений. Методологические аспекты современной фитофизиологии. Физико-химический, молекулярногенетический и системный подходы к изучению функциональной активности растений. Необходимость изучения физиологических процессов на разных уровнях структурной организации растительных организмов для выяснения закономерностей возникновения физиологических свойств на основе элементарных (физико-химических и молекулярных) актов жизненных явлений растений.

Физиология растений – теоретическая основа растениеводства, связь с агрономическими науками, селекцией и фитобиотехнологией. Современное состояние физиологии растений в системе биологических наук. Физиология растений как интегрирующая наука. Перспективы развития физиологических исследований в области сельского хозяйства, защиты окружающей среды, медицины, энергетики, освоения космоса и др. Роль физиологии растений в исследовании и сохранении биологического разнообразия и поддержании стабильного состояния биосферы в связи с усилением природных и техногенных катаклизмов и изменением климата на Земле. Физиология растений как основа новых биотехнологических подходов к созданию трансгенных растений с улучшенными хозяйственно-полезными и защитными свойствами, а также к получению новых более продуктивных и стресс-устойчивых форм и сортов растений с использованием достижений клеточной инженерии. Генноинженерная экспериментальная биология растений - новая ветвь фундаментальной и прикладной науки. Генетически модифицированные растения и биобезопасность.

Физиология растительной клетки Клетка как элементарная структурная единица многоклеточного организма зеленого растения. Специфические особенности строения растительной клетки.

Структурная организация клетки – основа ее биохимической и функциональной активности. Важнейшие субклеточные структуры, их строение и функции: клеточная стенка, ядро, пластиды, митохондрии, рибосомы, ЭПР, пероксисомы, глиоксисомы, цитоскелет, аппарат Гольджи, вакуолярная система. Вакуоль растительной клетки – депо органических кислот, сахаров, производных сахаров (гликозидов), растворимых пектиновых веществ, водорастворимых пигментов, алкалоидов и др. – потенциальная возможность для осуществления в клетке специфичных для растений процессов метаболизма.

Мембранный принцип организации поверхности протоплазмы и органоидов клетки. Структура и свойства биологических мембран.

Биохимическая и функциональная разнокачественность мембран.

Проницаемость и системы активного транспорта. Значение мембранной системы в компартментации веществ и метаболических процессов. Роль плазмалеммы в восприятии и трансдукции сигналов внешней среды.

Химический состав протоплазмы растительных клеток. Запасные и конституционные вещества, их содержание и локализация в клетках и органах растений. Структурные полисахариды, образование олигосахаринов и их участие в сигнальных системах растений. Катаболизм белков и липидов.

Образование биологически-активных соединений в результате превращений растительных липидов. Участие промежуточных метаболитов липидного обмена в функционировании системы вторичных посредников.

Физико-химические свойства протоплазмы (проницаемость, вязкость, эластичность, раздражимость, способность к движению и т.д.). Их физиологическое значение и роль во взаимодействии растений с внешней средой.

Основные принципы действия регуляторных механизмов клетки (принцип обратной связи, механизм аллостерического торможения, механизм индукции и репрессии генов и др.). Компартментация каталитических систем и метаболических фондов протопласта - один из механизмов регуляции клеточного метаболизма.

Фотосинтез Фотосинтез – уникальная функция зеленого растения. Масштабы и значение фотосинтеза в экономике природы и поддержании биосферы.

История развития учения о фотосинтезе. Значение работ К.А. Тимирязева.

Классификация фототрофов. Структурная и биохимическая организация фотосинтетического аппарата. Строение хлоропластов. Влияние условий на структуру и содержание хлоропластов. Генетические системы хлоропластов.

Пигментные системы фотосинтезирующих организмов: хлорофиллы, каротиноиды, фикобилины (структура, свойства, спектры поглощения, биосинтез, функции). Поглощение света пигментами. Электронновозбужденные состояния пигментов. Миграция энергии в системе фотосинтетических пигментов. Преобразование энергии света в энергию химических связей при фотосинтезе. Мономерные и агрегированные формы хлорофиллов. Функциональная организация пигментов в хлоропластах.

Хлорофилл-белковые комплексы. Механизмы регуляции распределения энергии между фотосистемами. Структурная и функциональная организация первичных фотохимических процессов фотосинтеза. Представление о реакционном центре и фотосинтетической единице. Природа основных компонентов ЭТЦ хлоропластов, последовательность их взаимодействия. Qцикл окисления пластохинона. Циклический и нециклический потоки электронов, их взаимодействие. Циклическое и нециклическое фотофосфорилирование. Механизмы энергетического сопряжения при фотосинтезе. Хемиосмотическая теория Митчелла.

Химизм темновой фазы фотосинтеза. Природа первичного акцептора СО2 и пути ассимиляции углекислоты при фотосинтезе. Фотосинтетический метаболизм углерода у С3-растений (цикл Кальвина). С4-путь фотосинтеза (цикл Хетча-Слэка). Физиологические особенности С4–растений. САМ метаболизм органических кислот. Конечные продукты фотосинтеза, их превращения и передвижение по растению. Фотодыхание: структурная организация и его физиологическое значение.

Физиологические и экологические аспекты фотосинтеза.

Фотосинтетическая функция в системе целого растения. Роль гормональных систем в эндогенной регуляции фотосинтеза. Возрастная физиология фотосинтеза. Влияние внешних факторов на фотосинтез. Эволюция фотосинтеза. Адаптация фотосинтетической функции к повышению содержания СО2 в атмосфере и глобальному потеплению климата.

Неспецифическая ответная реакция фотосинтетического метаболизма углерода на неблагоприятные факторы среды. Связь между углеводным и азотным обменом. Фотосинтез в системе донорно-акцепторных связей растительного организма. Фотосинтез и урожай. Основные показатели фотосинтетической продуктивности растений: фотосинтетические потенциалы, чистая продуктивность фотосинтеза, листовые и хлорофильные индексы посевов Теория фотосинтетической продуктивности. Принципы оптимизации фотосинтетической деятельности посевов сельскохозяйственных растений.

Развитие представлений о природе дыхания как совокупности процессов биологического окисления. Двухфазная теория дыхания Палладина. Перекисная теория Баха. Работы Варбурга, Кейлина и др. Общее уравнение дыхания. Субстраты и количественные показатели дыхательного газообмена.

Генетическая связь между брожением и дыханием, работы Костычева.

Ферментативные системы дыхательного процесса. Аэробная и анаэробная фазы дыхания: гликолиз, цикл Кребса, глиоксилатный цикл, пентозофосфатный путь окисления глюкозы. Роль пентозофосфатного пути в пластическом обмене клетки.

Биоэнергетические аспекты дыхания. Электрон-транспортная цепь митохондрий: структурная организация, основные компоненты, их окислительно-восстановительные потенциалы. Обратный транспорт электронов. Цитохромный и альтернативный пути переноса электронов, их физиологическое значение. Особенности окисления малата и организации дегидрогеназных систем в клетках растений. Окислительное фосфорилирование, его энергетическая эффективность. Пути использования энергии дыхания. Разобщение дыхания и фосфорилирования, природа эффекта, биологическая значимость. Энергетическая эффективность анаэробного и аэробного превращения дыхательного субстрата. Эффект Пастера. Генетический контроль энергетической активности митохондрий.

Роль дыхания в пластическом обмене веществ. Влияние дыхания на основные физиологические процессы – поглощение и передвижение веществ, водообмен, рост и развитие растений. Дыхание и фотосинтез. Роль дыхания в развитии теории фотосинтетической продуктивности растений. Дыхание роста и дыхание поддержания, их физиологическое значение. Методы разделения дыхания на составляющие. Энергетическая эффективность дыхания. Зависимость различных путей дыхания от видовых особенностей растений, его возраста, вида ткани, условий развития (температуры, газового состава среды, интенсивности и качества света и др.). Дыхание как функция приспособления растений к внешним условиям среды.

Водный обмен растений Значение воды для жизнедеятельности растений. Развитие представлений о водном режиме растений в историческом аспекте: роль Казанской школы физиологов растений (школы проф. А.М. Алексеева).

Структура и физико-химические свойства воды, е аномальные свойства. Взаимодействие молекул воды и биополимеров. Гидратация.

Функциональная роль воды, е физиологическая уникальность. Роль воды в биологическом катализе.

Содержание и распределение воды в клетках, тканях и органах растения. Водный обмен растительных клеток. Состояние (формы) воды в клетке и их физиологическая роль. Растительная клетка как осмотическая система. Осмотическое давление. Тургорное давление. Сосущая сила.

Механизмы поступления воды в растительную клетку. Водоудерживающая способность клеток и тканей. Мембранный транспорт воды, водные аквапориновые каналы.

Термодинамические показатели водного режима растений: активность воды, химический и водный потенциалы, методы их определения. Градиент водного потенциала – движущая сила транспорта воды в клетках, тканях и целом растении, а также в системе почва- растение- атмосфера.

Поглощающая и нагнетающая деятельность корневой системы.

Корневое давление, плач, гуттация. Природа сил корневого давления.

Неосмотический компонент нагнетающей деятельности корня.

Передвижение воды по растению (дальний транспорт воды в растении).

Характеристика проводящих путей. Механизмы передвижения воды вверх по растению. Верхний и нижний концевые двигатели восходящего тока воды.

Непрерывность водной фазы в растении от корневых волосков до межклетников листьев. Натяжение воды в сосудах ксилемы. Теория молекулярного сцепления. Зависимости передвижения воды в растении от живых клеток.

Транспирация и е значение в жизни растения. Показатели. Строение листа как основного органа транспирации. Устьичная и кутикулярная транспирация. Строение устьиц, регуляция устьичных движений. Влияние внешних и внутренних условий на транспирацию.

Экология водообмена растений. Водный баланс – количественная характеристика водообмена растений. Особенности водного обмена у растений разных экологических групп (ксерофитов, мезофитов, гидрофитов, галофитов и др.). Водный дефицит и его влияние на физиологические процессы. Диагностика потребности растений в воде. Значение водного обмена в адаптации и устойчивости растений к условиям окружающей среды.

Минеральное питание растений Этапы развития учения о питании растений. Законы «возврата» и «минимизма» или лимитирующего фактора (Ю. Либих). Содержание и классификация минеральных элементов в растениях: макро- и микроэлементы, их физиологическая роль. Факторы, определяющие элементарный химический состав растений. Азотное питание растений:

значение, источники, экология. Восстановление нитратов, регуляция активности и локализация нитрат - и нитритредуктаз. Биологическая азотфиксация: масштабы и молекулярный механизм. Этапы образования бобово-ризобиального симбиоза. Основные пути ассимиляции аммиака, глутаматсинтазный цикл. Типы взаимодействия ионов, их характеристика и возможные механизмы. Корневая система как орган поглощения: быстрая и медленная фазы поглощения минеральных элементов. Явления контактного обмена и обменной адсорбции. Механизмы пассивного транспорта ионов через мембраны. Виды диффузии (модельные системы). Градиенты электрохимических потенциалов как движущая сила транспорта ионов:

особенности поглощения и транспорта катионов и анионов.

Функционирование ионных насосов. Пространственная организация транспорта ионов: особенности строения и функционирования тканей корня;

демпфирование ионного потока. Дальний транспорт: перемещение ионов по ксилеме и листу. Механизмы удаления избытка солей в листьях.

Выделительная функция корней: физиологическая роль, природа, динамика активных корневых выделений, аллелопатическая активность видов. Явление почвоутомления: причины и способы устранения. Экология минерального питания: влияние внешних и внутренних факторов. Физиологические основы применения удобрений. Оптимизация минерального питания. Виды удобрений, их эффективность и способы внесения. Удобрения как потенциальный источник загрязнения окружающей среды.

Рост и развитие растений Клеточные основы роста и развития. Факторы, определяющие рост клеток растяжением. Модификации компонентов клеточной стенки при растяжении; роль цитоскелета в определении направления роста клеток.

Механизмы дифференцировки: генетическая регуляция и индукция морфогенеза растений. Явление полярности и его физиологическое проявление. Формирование полярности на примере развития яйцеклетки Fucus; цитоскелетный контроль. Неравное деление.

Дифференцировка на органном и организменном уровнях.

Классификации онтогенеза растений: основные периоды, фенологические фазы роста и развития, возрастные периоды и этапы формирования органов или органогенеза, их связь с элементами продуктивности. Эмбриогенез у покрытосеменных. Характеристика этапов развития зародыша. Строение семян (на примере злаков), особенности мезоструктуры его частей и распределения веществ. Покой семян: причины различных типов экзогенного и эндогенного покоя. Вегетативный этап онтогенеза растений. Условия прорастания семян. Фазы «физического» и «физиологического» набухания и роста осевых органов проростка; динамика физиолого-биохимических процессов. Особенности белково-нуклеинового обмена семян; обоснование критического периода прорастания и хранения семян. Типы меристем, строение конуса нарастания. Особенности роста и развития органов растений: стебля, листа, корня. Теории закладки листовых примордиев.

Фотоморфогенетические реакции растений, рецепция, фотоконверсия фитохромов. Фотопериодизм: рецепция, растения короткого и длинного дня.

Индукция цветения: бикомпонентная теория, яровизация. Представления о периоде старения.

Фитогормоны Пространственная и временная координация процессов роста и развития растений: роль гормональной системы. Различия и сходство гормонов животных и растений. Типы рецепции и трансдукции гормональных сигналов. Характеристика рецепторов фитогормонов;

функционирование сенсорной гистидинкиназы. Основные группы классических гормонов. Ауксины: открытие, биотесты, идентификация, пути биосинтеза и инактивации, градиенты содержания в растении. Латеральный и полярный транспорты, их механизмы. Гормональныая теория тропизма Вента-Холодного. Причины поливалентности действия ауксинов; кривые «доза-эффект», взаимодействие с другими гормонами. Физиологические эффекты ауксинов. Синтетические аналоги ауксина, их строение, преимущества и применение в биотехнологии и практике сельского хозяйства. Гиббереллины: история открытия, биотесты, этапы биосинтеза и их ингибирование. Разнообразие гиббереллинов, связь активности со структурой молекул. Морфофизиологические эффекты гиббереллинов и антигиббереллинов, использование в растениеводстве. Цитокинины:

открытие, природные и синтетические аналоги, метаболизм. Молекулярные механизмы действия цитокининов: рецепция и экспрессия генов.

Физиологические эффекты цитокининов и практическое использование.

Этилен: история открытия, метаболизм этилена и условия индукции его выделения. Механизмы действия этилена, взаимодействие с другими фитогормонами. Физиологические эффекты этилена, применение этиленпродуцентов в растениеводстве. Абсцизины: история открытия, изомеризация, пути биосинтеза и инактивация абсцизовой кислоты (АБК).

Спектр физиологического действия АБК при водном и низкотемпературном стрессах. Характеристика и физиологические действия новых классов гормоноподобных соединений: брассиностероиды, жасмонаты, олигосахарины, салициловая кислота, фузикокцин и др.

Гормональная система целого растения. Доминирующие центры и коррелятивный рост; необратимые нарушения роста (карликовость).

Движение растений: виды, рецепция раздражения, механизмы.

Устойчивость растений к неблагоприятным факторам Устойчивость как приспособление растений к условиям существования - важнейший раздел экологической физиологии растений. Типы устойчивости растений к различным абиотическим и биотическим стрессфакторам. Экологические, социальные и экономические причины возвращающего значения проблемы адаптации и устойчивости растений в современном мире. Поведение растений в нестабильной среде в связи с катастрофически быстрыми изменениями среды обитания - одна из центральных проблем физиологии растений. Устойчивость как исторически сложившееся свойство растений. Изменение устойчивости в онтогенезе.

Генотипическая и фенотипическая устойчивость. Общие принципы адаптации и устойчивости растений к действию условий среды: фазность защитно-приспособительных процессов, специфичность и неспецифичность ответных реакций.

Молекулярно-генетический контроль адаптивных реакций растений.

Стрессовые белки: классификация, синтез, состав, особенности строения, функции. Активные формы кислорода и окислительный стресс, оксидантные защитные системы. Сигнальные системы растительных клеток и их участие в рецепции и трансдукции внешних сигналов. Структурно- функциональная модификация мембран при действии на растения сресс-факторов.

Методы диагностики стресс-устойчивости растений - биохимические, физиологические и биофизические.

Практические пути и способы повышения устойчивости растений к экстремальным внешним воздействиям (селекционные, агротехнические и биотехнологические). Создание трансгенных стресс-устойчивых растений.

Засухоустойчивость. Почвенная и атмосферная засуха. Нарушение физиолого-биохимических процессов в клетках и тканях растений в условиях водного дефицита. Группы растений, способных переносить засуху.

Механизмы приспособления растений к засухе. Пути повышения засухоустойчивости растений: предпосевное закаливание семян, обработка антистрессовыми регуляторами роста и др. Создание трансгенных растений с высоким осмотическим потенциалом за счет активирования синтеза осмолитов – новый перспективный способ повышения устойчивости растений к водному дефициту. Устойчивость растений к недостатку или отсутствию кислорода при переувлажнении почвы (активация анаэробных процессов, накопление токсических соединений).

Жароустойчивость растений как приспособление растений к высоким температурам. Пределы максимальной температуры для растений разных экологических групп, термофилы. Причины гибели растений от перегрева.

Механизмы физиологической и биохимической адаптации растений к высокой температуре. Синтез белков теплового шока и их функциональная роль. Предпосевное термическое закаливание семян теплолюбивых культур.

Устойчивость растений к низким температурам. Холодостойкостьустойчивость растений к низким положительным температурам. Причины повреждающего действия пониженных температур на теплолюбивые культуры. Ответные реакции растений на действие холода. Фазовые переходы мембранных липидов и нарушение функций мембран.

Устойчивость растений к заморозкам. Морозоустойчивость растений устойчивость растений к действию отрицательных температур. Развитие учения о причинах вымерзания растений. Адаптация к низким температурам - основа морозоустойчивости растений. Закаливание растений низкими температурами как важнейший этап подготовки растений к зимним условиям. Учение И.И. Туманова о двух фазах закаливания. Комплексная структурно-метаболическая перестройка протоплазмы и е компонентов при низкотемпературном закаливании растений. Замедление ростовых процессов и накопление защитных веществ. Экспрессия генов и индуцированный синтез белков низкотемпературного стресса, их физиологическая роль.

Адаптивная перестройка биохимических и структурно-физических свойств мембран. Основные пути защиты клеток от образования внутри- и внеклеточного льдообразования. Антифризные белки и криопротекторы.

Значение покоя для морозоустойчивости растений. Зимостойкость растений как устойчивость к комплексу неблагоприятных условий вызывающих гибель растений в зимний период. Фундаментальные знания о механизмах морозоустойчивости растений - основа криобиологии растений и биотехнологических подходов к созданию более выносливых к морозам форм и сортов сельскохозяйственных культур.

Солеустойчивость – устойчивость растений к избыточному содержанию солей в почве. Различные виды засоления, их специфическое влияние на ход физиологических процессов. Растения-галофиты, их классификация. Солеустойчивость растений и пути е повышения.

Устойчивость к патогенам. Характеристика патогенов. Фитоиммунитет как норма реагирования растительного организма на инфекцию.

Генетическая детерминированность взаимоотношений хозяина и паразита.

Основные типы защитных реакций. Реакция сверхчувствительности. Роль сигнальных систем в ответных реакциях клеток на патогены.

Патогениндуцируемые белки. Системный приобретенный иммунитет растений. Интегрированная система защиты растений от болезней и вредителей. Создание трансгенных растений, устойчивых к грибковым, вирусным и бактериальным болезням. Экологические и биологические.

Риски при коммерческом использовании этих растений.

Действие на растение техногенных факторов – загрязняющих атмосферу газов ионизирующих излучений.

3. Примерный перечень вопросов к экзамену Общая биология 1. Современные представления о сущности и происхождении жизни.

Уровни организации жизни.

2. Общие принципы регуляции жизненных функций животных и человека. Понятие гомеостаза. Принцип динамичности гомеостатических показателей. Гуморальная регуляция жизненных функций организмов. Понятие о гормонах и механизмы их действия.

3. Механизм регулирования деятельности организма посредством нервной системы. Автономная (вегетативная) и центральная нервная система. Принципы взаимодействия. Принцип отражательной деятельности нервной системы. Структура рефлекса. Классификация рефлексов по структуре, виду раздражителей, биологическому смыслу.

4. Наследственность и изменчивость как фундаментальные свойства организма на всех уровнях организации живого (молекулярном, клеточном, организменном и популяционном).

5. Природа генетического материала. Нуклеиновые кислоты (химический состав и строение). Модель структуры ДНК Уотсона-Крика.

Организация ДНК в хромосомах. Общие особенности репликации.

Тонкая структура гена. Мутагенез, мутагенные эффекты природных и антропогенных факторов.

6. Молекулярные механизмы регуляции развития. Механизмы контроля развития многоклеточного организма: регуляция дифференциальной активности генов во времени и пространстве. Региональное разделение раннего зародыша на клеточные домены, различающиеся набором зиготических транскрипционных факторов, предопределяющих включение различных генетических программ. Понятие морфогенов и градиентов их концентраций.

7. Предпосылки создания клеточной теории. Основные положения клеточной теории Т. Шванна и развитие ее в трудах Р. Вирхова.

Современная клеточная теория. Системность как методологический подход к изучению клетки. Свойства клетки как элементарной биологической системы. Сравнительная характеристика строения, метаболизма и воспроизведения про- и эукариотических клеток;

тканевых клеток и клеток-организмов.

8. Особенности энергетики живых систем. Классификация живых организмов по используемым внешним энергетическим ресурсам.

Энергетический обмен органотрофов. Конвертируемые формы энергии. Законы биоэнергетики В.П. Скулачева.

9. Единство процессов обмена веществ. Связь процессов ассимиляции и диссимиляции. Взаимосвязь между обменом белков, углеводов, жиров и липидов. Принципы термодинамики (энергетика состояния системы).

10.Геном человека. Принципы и методы генетического и физического картирования генома человека. Секвенирование генома человека.

Проект «Геном человека». Структурно-функциональные компоненты митохондриального генома человека. Митохондриальные гены и генетический код. Структурно-функциональные компоненты ядерного генома человека и строение ядерных генов. Геномная организация ядерных генов человека. Некодирующая и внегенная ДНК человека.

11.Основные принципы и задачи использования математических и статистических процедур в биологии. Параметрический и непараметрический анализ данных. Методы описательной статистики.

Сравнение групп. Анализ качественных признаков и зависимостей.

Использование многомерного анализа в биологических исследованиях.

12.Эволюционная идея в концепциях древности и Средневековья.

Достижения биологических наук в XVII-XIX вв. Учение Ж.Б. Ламарка.

Теория Ч. Дарвина. Современные взгляды на роль факторов эволюции.

Микроэволюция как результат взаимодействия факторов эволюции.

Элементарное эволюционное явление.

13.Развитие понятия вида в биологии. Определение, критерии и признаки вида. Реальность существования и генетическая модель вида.

Сущность, и значение процесса видообразования. Сравнительная характеристика различных способов видообразования.

14.Место человека в природе. Мировоззренческие позиции антропоцентризма и биоцентризма. Роль человека в эволюции Земли.

Роль биологических и социальных факторов в эволюции человечества.

Характеристика современного этапа эволюции человека.

15.Происхождение эукариотной клетки. Основные направления эволюции одноклеточных организмов. Теории происхождения многоклеточных организмов.

16.Основные направления эволюции беспозвоночных животных.

Вторичноротые, линяющие, лофофоровые, трохофорные.

17.Происхождение и особенности строения хордовых. Их место в системе и эволюции животного мира.

18.Биосфера – оболочка Земли. Границы биосферы. Неравномерность распределения живого вещества в биосфере. Вертикальная и горизонтальная структура биосферы. Вещество биосферы.

Биогеохимические функции живого вещества и деятельность живых организмов. Биогеохимические принципы В.И. Вернадского.

19.Концепция ноосферы. Биогеохимическая деятельность человека и ее геологическая роль в современную эпоху. Масштабы воздействия человека на биосферу. Становление переходной биосферноноосферной общности: нарушение газового и теплового баланса биосферы, эрозия земель, экологические загрязнения среды.

Рационально организованное общество в современных условиях.

Устойчивое развитие – путь в ноосферу.

20.Проблемы филогении, новые подходы к систематике живых организмов. Реконструкция филогении таксонов различного ранга.

Проблема сходства, отражающая общность происхождения. Новые методы систематики: кариосистематика, хемосистематика, геносистематика. Современные направления классификации: фенетика, кладизм, филистика. Проблемы филогении и мегасистематики грибов и растений.

Физиология растений 21.Физиология растений - наука об организации и координации функциональных систем растений. Специфика зеленых растений.

Космическая роль зеленого растения. Главные проблемы современной фитофизиологии.

22.Основные структурные элементы эукариотической клетки. Физикохимические свойства протоплазмы. Регуляторные системы клетки.

23.Структурная организация фотосинтетического аппарата. Пигментные системы. Фотофизические и фотохимические процессы. Системы фотоокисления воды и выделения кислорода. Цикл Кальвина.

24. Фотодыхание. Цикл Хэтча-Слейка-Карпилова. САМ-тип метаболизма.

25.Каталитические системы дыхания. Основные пути диссимиляции углеводов. Окислительное и субстратное фосфорилирование. ЭТЦ митохондрий.

26.Свойства воды и ее состояние в клетке. Основные закономерности поглощения воды клеткой. Механизм ближнего и дальнего передвижения воды по растению. Транспирация, значение и механизмы. Экология водообмена.

27.Классификация элементов минерального питания растений и механизмы поглощения веществ клеткой. Пути и механизмы транспорта веществ по растению. Биохимическая и физиологическая роль основных элементов минерального питания. Питательные смеси.

Флоэмный транспорт: формы веществ, механизм, регуляция.

28.Понятия "рост" и "развитие". Клеточные основы роста растений.

Гормональная система регуляции функций растения. Ростовые и тургорные движения. Фитохромная и криптохромная системы регуляции роста и развития растений.

29.Основные этапы онтогенеза. Покой у растений, его типы и значение.

Фотопериодизм. Культура изолированных тканей и органов.

30.Общие принципы адаптивных реакций растений на экологический стресс. Реакция растений на действие неблагоприятных факторов (температура, засуха, избыточное содержание солей в почве и др.).

1. Абдурахманов Г.М., Криволуцкий Д.А., Мяло Е.Г., Огуреева Г.Н.

Биогеография. М.: Академия, 2007. 480 с.

2. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества. М.: Мир, 1989. Т.1. 667 с. Т.2. 477 с.

3. Бохински Р. Современные воззрения в биохимии. М.: Мир, 1987.

4. Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнология на их основе. - М.:ФБК –Пресс,1999.

5. Васильев А.Е., Воронин Н.С., Еленевский А.Г., Серебрякова Т.И., Шорина Н.И. Ботаника. Морфология и анатомия растений. М.:

Просвещение, 1988.

6. Водный обмен растений / Под ред. В.Н. Жолкевича, Н.А. Гусева и др.

– М.:Наука,1989.

7. Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений. - М.:Мир,1986.

8. Догель В.А. Зоология беспозвоночных. М., 1981.

9. Дьяков Ю.Т. Введение в альгологию и микологию. М.: Изд-во МГУ, 2000.

10.Дьяков Ю.Т., Озерецковская О.Л., Джавахия В.Г., Багирова С.Ф.

Общая и молекулярная фитопатология. - М., 2001.

11.Еленевский А.Г. и др. Ботаника высших, или наземных, растений. – М.:

«Академия», 2000.

12.Ипатов В.С., Л.А. Кирикова, Мирин Д.М. Геоботаника: Учебник. СПб.:

СПбГУ, 2009. 117 с.

13.Курсанов А.Л. Транспорт ассимилятов в растении. – М.: Наука,1976.

14.Медведев С.С. Физиология растений. – С.-П.: Изд-во С.-Пб. ГУ, 2003.

15.Мокроносов А.Г., Гавриленко В.Ф. Фотосинтез. Физиологические и биохимические аспекты. - М.: Изд-во МГУ, 1992.

16.Мордкович В.Г. Основы биогеографии. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2005. 236 с.

17.Мусиенко Н.Н., Тернавский А.И. Корневое питания растений. -Киев:

Высшая школа, 1989.

18.Наумов Н.П., Карташев Н.Н. Зоология позвоночных (В 2 томах). – М.:

Высшая школа, 1979.

19.Основы химической регуляции роста и продуктивности растений / Под ред. Муромцева Г.С. и др. – М.: ВО Агропромиздат, 1987.

20.Пахомова Г.И., Безуглов В.К. Водный режим растений. – Казань: Издво Казан-го унив-та. 1980.

21.Полевой В.В. Физиология растений. – М.: «Высшая школа», 1989.

22.Полевой В.В. Фитогормоны. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1982.

23.Полевой В.В., Саламатова Т.С. Физиология роста и развития растений.

- Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1991.

24.Сабинин Д.А. Избранные труды по минеральному питанию растений. – М: Наука,1971.

25.Семихатова О.А., Чиркова Т.В. Физиология дыхания растений. - С.-П.:

Наука, 2002.

26.Тарчевский И.А. Метаболизм растений при стрессе. – Казань: Изд-во «Фэн», 2001.

27.Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. М.: Просвещение, 1988. 272 с.

28.Чиркова Т.В. Физиологические основы устойчивости растений. –С. – П.: Изд-во С.-Пб. ГУ, 2002.

1. 3аварзин Г.А. Водородные бактерии и карбоксидобактерии. М., 1978.

2. Krebs C. Ecology: The experimental analysis of distribution and abundance.

NY.: Harper and Row, 1985.

3. Авдонин П.В., Ткачук В.А. Рецепторы и внутриклеточный кальций.М.:Наука,1994.

4. Биотехнология растений: культура клеток. Под ред. Бутенко Р.Г. – М.:

Агропромиздат, 1989.

5. Брода П. Плазмиды. М.: Мир, 1982.

6. Бурьянов Я.И. Успехи и перспективы генноинженерной биотехнологии растений// Физиология растений.1999.Т.46, №6.С.930-944.

7. Васильев А.Е. О примитивных чертах организации грибной клетки и происхождении эукариот // Бот. журн. 1985. № 9. С. 1145-1156.

8. Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль. 1967. 376 с.

9. Вернадский В.И. Живое вещество. М.: Наука. 1978. 330 с.

10.Воронков Н.А. Основы общей экологии. М.: Агар, 1997. 87 с.

11.Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. М.: Мир, 2002.

12.Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология (в 3 томах). – М.: Мир, 1996.

13.Гусев М.В., Гохлернер Г.Б. Свободный кислород и эволюция клетки.

14.Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа, 1998.

15.Жизнь растений. В 6 томах. М., Просвещение, 1974-1980.

16. Жолкевич В.Н. Транспорт воды в растении и его эндогенная регуляция. Тимирязевские чтения.-М.: Наука. 2001.

17.Кефели В.И. Природные и синтетические регуляторы онтогенеза растений.- Итоги науки и техники. Серия физиологии растений.

Т.7.М.:ВИНИТИ,1990.

18.Кондратьева Е.Н. Хемолитотрофы и метилотрофы. М. 1983.

19.Кретович В.Л. Биохимия растений. М.: Высш. школа, 1980.

20.Кретович В.Л. Очерки по истории биохимии в СССР. М.: Наука, 1984.

21.Курсанов А.Л. Физиология растений в системе биологических наук.//Физиология растений.1997.Т.44, № 6.С.806-808.

22.Курсанов Л.И. Микология. М., 1940. 480 с.

23.Лурия С., Дарнелл Дж. Балтимор Д. и др. Общая вирусология. М., 1981.

24.Маргалеф Р. Облик биосферы. М.: Наука. 1992. 214 с.

25.Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. М.: Мир, 1983. 351 с.

26.Пахомова В.М. Неспецифический адаптационный синдром биосистем и общие закономерности реактивности клеток.- Казань, 2000.

27.Перт С. Д ж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. М.

28.Пианка Э. Эволюционная экология. М.: Мир, 1981. 400 с.

29.Ризниченко Г.Ю. Лекции по математическим моделям в биологии.

Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2002. 232 с.

30.Розенберг Г.С., Мозговой Д.П., Гелашвили Д.Б. Экология. Элементы теоретических конструкций современной экологии. Самара: Самарский научный центр РАН, 1999. 396с.

31.Саламатова Т.С. Физиология растительной клетки. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та,1983.

32.Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран.- М.:Наука,1989.

33.Слейчер Р. Водный режим растений. –М.: Мир,1970.

34.Смит Дж. М. Модели в экологии. М.: Мир, 1976. 184 с.

35.Тарчевский И.А. Сигнальные системы клеток растений. - М.: «Наука», 36.Тахтаджян А.Л. Высшие растения. Т.1. М., Л., 1956.

37.Фитоалексины/ Под ред. Дж. А. Бейли и Дж. В. Мансфилда. – Киев:

«Наукова Думка», 1985.

38.Шилов И.А. Экология. М.: Высшая школа, 1997. 512 с.

Председатель экзаменационной комиссии