Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н.Толстого»
УТВЕРЖДЕНО
на заседании Ученого совета
факультета естественных наук
____________ Шахкельдян И.В.
«___»____________201__ г.
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА В АСПИРАНТУРУ
ПО «ФИЗИОЛОГИИ И БИОХИМИИ РАСТЕНИЙ»
ПО ПРОФИЛЮ
03.01.05 – ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙ
(биологические науки)
Тула – 2014 г.
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
Составитель – доктор биологических наук Иванищев В.В.
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ – ИНТЕГРАЛЬНАЯ НАУКА
Предмет изучения наук о растительных организмах – ботаники, анатомии и морфологии, биохимии, биофизики, генетики, экологии, молекулярной биологии. Физиология растений как интегральное научное направление.
Онтогенетические и филогенетические аспекты. Фенотип, как основной объект классической физиологии растений. Генотип – центральная составляющая биологических исследований двух последних десятилетий. Главная задача любых научных исследований – определение возможностей управления процессами в живых организмах через познание механизмов изменений в свете проблем физиологии растений.
Основные методы физиологии растений и смежных дисциплин: выделение, осаждение реагентами, центрифугирование, спектрофотометрия, меченых атомов, хроматография, электрофорез, микроскопия ( в т.ч. электронная) и др.
Практические приложения знаний о физиологии растений: в сельском хозяйстве (в т.ч. частной физиологии растений), экологии, фармакологии, медицине и др.
ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Химический состав растений. Макро-, микро- и ультрамикроэлементы. Основные органические вещества: конститутивные и запасные. Вода в растительном организме.
Растительная клетка – сложная физиологическая система. Основные компартменты клетки.
Принципиальные отличия растительных организмов – слабая дифференцировка тела растения, возможность вегетативного размножения (в т.ч. почти в любом возрасте), замкнутый на себя цикл обмена веществ, открытый тип роста. Концепции организменной и надклеточной (эволюционно продвинутой экосистемы) организации тела растения. Экспериментальные доказательства надклеточной концепции: наличие цитоскелета в цитоплазме, невозможность лизиса органелл, независимость размножения, «двойная» мембрана, биохимия мембран.
Клеточная стенка: первичная и вторичная. Состав стенки – основной каркас, вторая и третья сети. Виды моносахаров основного каркаса клеточных стенок. Полисахариды клеточных стенок – целлюлоза и гликаны. Вторая клеточная сеть – пектины и полисахариды, включающие галактуроновую кислоту. Третья сеть – белки (в т.ч. экстенсин) и фенилпропаноиды. Их физиологическая роль. Формирование и рост клеточной стенки.
Вторичная клеточная стенка. Появление кутина, суберина, кутикулярного воска. Появление лигнина, его роль.
Понятие симпласта и апопласта. Плазмодесмы.
Цитоплазма и ее компоненты. Плазматическая мембрана: структурные особенности и основные функции (поглощение и секреция веществ, запасание и использование энергии, регуляция работы ферментов, рецепторные функции, сигнальные функции, связь между клеточными образованиями – плазмодесмы).
Цитоплазма. Гиалоплазма. Цитоскелет, его функциональная роль. Микрофиламенты, микротрубочки, промежуточные филаменты.
Рибосомы цитоплазмы.
Мембранные структуры: эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, вакуоли, лизосомы, микротельца, пластиды (пропластиды, амилопласты, лейкопласты, этиопласты, хлоропласты, хромопласты), ядро. Строение и биологические функции.
Основные органические вещества растений. Функции метаболизма. Ана- и катаболизм. Понятие амфиболизма. Примеры.
Нуклеиновые кислоты. ДНК и РНК. Виды и функции РНК. Особенности ДНК и РНК митохондрий и хлоропластов. Особенности синтеза белка в этих органеллах.
Белки – важные компоненты растительной клетки. Простые и сложные белки. Деление белков на группы (альбумины, глобулины и др.). Запасные белки. Ферменты – ключевая группа веществ белковой природы. Особенности состава, строения и функций. Сезонные и суточные ритмы. Влияние иных условий на их функции.
Углеводы – основной компонент растительных объектов. Моно-, олиго- и полисахара. Глюкоза, фруктоза, пентоды и триозы. Крахмал (амилоза и амилопектин). Строение и свойства. Инулин и другие полифруктозаны. Клетчатка. Особенности строения и функций. Одревеснение и опробковение клетчатки.
Липиды растений. Биологическая роль и функциональное значение. Липиды семян.
Органические кислоты, присутствие и основные свойства. Биологическая роль. Алкалоиды, эфирные масла.
Витамины – важнейшие компоненты биохимической машины. Биологическая роль. Классификация витаминов: жиро- и водорастворимые. Основные свойства и нахождение в растительных объектах.
АССИМИЛЯЦИЯ СО2 И ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОВ –
КЛЮЧЕВОЕ ЗВЕНО МЕТАБОЛИЗМА РАСТЕНИЯ
Авто- и гетеротрофия. Основные уравнения. Хемотрофия: нитрификаторы, серобактерии, окисление металлов и водорода. Общие свойства хемосинтетических реакций. Органика хемотрофов.
Фотосинтез. Отличие бактериального фотосинтеза. Особенности фотосинтеза в сравнении с хемосинтезом.
Лист – специализированный орган ассимиляции СО2. Понятие мезоструктуры листа. Газообмен мезофилла с окружающей средой.
Хлоропласты. Число в клетке, размеры, строение. Оболочка, строма, внутренние мембранные структуры. Тилакоиды, граны, люмен. Биогенез хлоропластов.
Световые и темновые реакции фотосинтеза.
Световая фаза: независимость выделения кислорода, синтеза НАДФН и АТФ от ассимиляции углерода.
Пигменты фотосинтеза. Хлорофиллы (его разновидности, особенности строения, локализации, функций). Другие пигменты – каротиноиды и фикобилины. Особенности строения и функций.
Способы разделения и выделения пигментов.
Оптические свойства хлорофилла. Организация пигментных систем. Понятие хлорофилл-белкового комплекса, фотосинтетической единицы, реакционного центра. Представления о двух фотосистемах.
Работа пигментных систем: возбуждённые состояния электронов в молекулах хлорофилла и механизмы снятия возбуждений.
Фотолиз воды, как результат действия возбуждённой молекулы хлорофилла хлорофилл-белкового комплекса. Участие ионов марганца в этом процессе. Работа Виноградова и Тэйс. Пероксид водорода, как потенциальный объект для разложения и выделения кислорода (Г.Комиссаров).
Цепь переноса электронов при фотосинтезе. Z-схема. Основные переносчики. Понятие о циклическом и нециклическом переносе электронов. Фотосинтетические продукты таких переносов. Отношение Р / 2 е, как показатель эффективности процесса.
Механизм синтеза АТФ. Теория Митчела. Электрический и химический градиенты. Ключевая роль мембраны в процессе запасания энергии света. Строение и роль протонной АТФ-азы в синтезе АТФ.
Темновая фаза фотосинтеза. Использование изотопов в раскрытии механизма ассимиляции СО2. Первая (минимальная) схема цикла. Полная схема восстановительного пентозофосфатного цикла (цикла Кальвина). Реакции и ферменты цикла.
Рубиско, его субстраты и реакции, катализируемые ферментом. Особенности структуры, генетики и механизмы активации (в т.ч. – рубиско-активаза). Представления о комплексе ферментов фотосинтеза и «туннелировании» рибозо-5-фосфата. Световая активация ферментов «темновой» фазы фотосинтеза.
Суммарная реакция фотосинтеза с учётом использования продуктов световой фазы. Возможные пути регуляции фотосинтетической ассимиляции СО2.
Понятие об индукции фотосинтеза, как методическом приёме при исследовании механизмов регуляции в растениях. Учет индукционных процессов при изучении физиологических и биохимических процессов.
ДРУГИЕ ПУТИ ПРЕВРАЩЕНИЙ В СВЯЗИ С ФОТОСИНТЕЗОМ
Синтез и разрушение крахмала в хлоропластах. Основной биохимический путь накопления. Выведение крахмала за пределы хлоропласта.
Пластиды и внутриклеточный транспорт. Проникновение СО2 в клетку и хлоропласт. Роль карбоангидразы. Изозимы карбоангидразы. Субстрат Рубиско.
Проницаемость оболочки хлоропласта для триозофосфатов, пентозофосфатов, неорганического фосфата и дикарбоновых кислот. Перенос восстановительных эквивалентов через мембрану хлоропласта.
Перенос углеводов по растению. Сахароза – важнейший транспортный углевод растений. Синтез сахарозы и ее биологические функции.
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О С4-ПУТИ ФОТОСИНТЕЗА
Работы Корчака, Карпилова, Хэтча и Слэка. Особая заслуга Хэтча и Слэка. Особенности структуры листа растений С4-типа. «Кранц»-анатомия: мезофилл и обкладка. Общая схема С4-пути ассимиляции СО2. Биохимия образования С4-продукта (растения малатного и аспартатного типов). Биохимия использования С4-продукта: растения НАДФ-малатдегидрогеназного, НАД-малатдегидрогеназного и ФЕП-карбоксикиназного типа. Образование СО2, его утилизация в цикле Кальвина и восстановление акцептора – ФЕП.
Физиологические особенности растений, обладающих таким типом метаболизма.
Растения, обладающие метаболизмом САМ-типа (МОКТ-растения).
ИНЫЕ ПУТИ ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОВ
ФОТОДЫХАНИЕ. Субстрат фотодыхания. Соотношение О2/СО2 – как фактор соотношения скоростей фотодыхания и фотосинтеза. Гликолатный путь (путь Толберта). Участие различных органелл в процессе. Физиологическое значение фотодыхания.
ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ. Иные названия этого пути метаболизма. Глюкозо-6-фосфат, как исходный субстрат. Его происхождение в растениях. Начальные реакции и их значение. Остальные реакции и ферменты пути. Баланс цикла. Физиологическое значение цикла в растении.
ГЛИКОЛИЗ. Глюкозо-6-фосфат, как исходный субстрат. Его происхождение в растениях. Реакции и ферменты этого пути метаболизма. Три завершающие реакции и их значение. Баланс пути и физиологическая роль в растении. Гликолиз, как основа молочнокислого, уксуснокислого и спиртового брожений. Баланс брожений.
ДЫХАНИЕ. Энергетическая роль дыхания. Физиологическое значение дыхания у растений. Интенсивность дыхания. Дыхательный коэффициент, как показатель субстрата дыхания. Влияние внешних факторов на процесс дыхания. Снижение дыхания и нарушения других процессов в растении. Физиолого-биохимические основы хранения урожая.
Химизм дыхания. Органеллы и субстрат дыхания. Проникновение ПВК в митохондрии и его декарбоксилирование там. Дальнейшее превращение двууглеродного остатка в цикле Кребса. Другие названия цикла. Реакции и ферменты цикла. Продукты цикла Кребса.
Окислительное фосфорилирование. Цепь переноса электронов и её участники флавопротеины, цитохромы и железосерные белки. Кофермент-Q (убихинон) – центральное звено цепи. Перенос протонов и электронов с НАД.Н и ФАД.Н2 на кислород воздуха.
Переносчики, как компоненты мембраны. Электрохимический градиент, возникающий при работе цепи. Ключевая роль протонной АТФ-азы в синтезе АТФ. Строение и свойства АТФ-азы.
Суммарное уравнение образования АТФ из НАДН. Скорость транспорта электронов. Дыхательный контроль. Разобщение процессов переноса и фосфорилирования.
Обмен метаболитами ЦТК между митохондриями и цитозолем. Физиологическое значение дыхания у растений.
ГЛИОКСИЛАТНЫЙ ЦИКЛ. Реакции и ферменты цикла. Физиологическое значение цикла.
ВОДА В ЖИЗНИ РАСТЕНИЯ
Свойства молекул воды. Свободная и связанная формы воды в растении. Функции воды в организме. Степень оводнённости (относительное содержание воды в растении).
Понятие об осмотическом давлении. Тургор. Определение осмотического давления и его величины у растений. Поступление воды в клетку и его механизмы. Роль капиллярных, электроосмотических сил, транспирации, когезии и корневого давления в поступлении воды в растение.
Водный режим. Поглощение воды как результат корневого давления. Гуттация (плач) растений. Транспирация: устьичная и кутикулярная. Возможности их регуляции. Единицы измерения транспирации: интенсивность, транспирационный коэффициент, продуктивность, относительная транспирация.
Передвижение воды в растении. Роль проводящих сосудов в переносе воды. «Верхний концевой двигатель». Теория сцепления. Скорость движения воды в растении. Понятие о ксероморфизме и его значении.
Водообеспеченность растений. Формы воды в почве и ее доступность для растений. Коэффициент завядания. Засухоустойчивость растений. Запал и захват. Физиолого-биохимические нарушения при дефиците воды в растении. Критические периоды водообеспеченности.
Классификация растений в связи с регуляцией водного обмена: пойкилогидрические и гомойогидрические (гигрофиты, мезофиты, ксерофиты).
МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ
Водные, песчаные, гидропонные, почвенные культуры. Элементы минерального питания. Минимальные питательные смеси, их виды и требования к ним. Сбалансированность питательных сред – уравновешенные растворы. Почвенный раствор и его состав.
Роль корневой системы в поглощении веществ. Связь минерального питания с формообразовательными процессами. Минеральное голодание и фенотипические изменения растений. Роль минеральных удобрений.
Поступление азота в растение. Биохимия превращений форм азота. Энергетические потребности для использования и превращения форм азота.
Иные пути поступления веществ в растение: лист, стебель, корень (микориза).
Механизмы транспорта минеральных веществ. Движущая сила. Пассивный и активный транспорт. Симпорт, антипорт. Ионные каналы.
ФИЗИОЛОГИЯ СЕМЯН
Прорастание семян: энергия прорастания и всхожесть семян. Полевая всхожесть. Скарификация и стратификация семян и их значение для процесса прорастания.
Рост корня, как начальный этап прорастания. Биохимические процессы, обеспечивающие прорастание семян в зависимости от запасных веществ. Значение аэрации корневой системы для роста и развития растения. Влияние фотосинтеза на рост корневой системы.
Рост стебля, его полярность. Рост и развитие листа. Понятие ярусности и стадии развития листа.
РОСТ РАСТЕНИЯ. ФИТОГОРМОНЫ
S-образная кривая роста растения. Эмбриональная и дифференцирующаяся клетки. Тотипотентность клеток растений. Периоды развития растений: эмбриональный, ювенильный, генеративный этапы.
Фитогормоны и общие принципы гормональной регуляции. Действующие концентрации. Ауксины, гиббереллины, цитокинины – активаторы процессов. Особенности строения и функций. Абсцизовая кислота и этилен, как ингибиторы процессов. Особенности структуры, метаболизма и функций. Иные группы гормонов растений: брассиностероиды, жасминовая кислота, салициловая кислота, олигосахариды, пептиды.
Ингибиторы роста и развития растений. Морфактины, гербициды, дефолианты, ретарданты.
Фоторецепция – фитохромная система, криптохром и фототропин.
Аллелопатия и её биологическое значение. Практическое использование аллелопатии.
СТРЕСС И РАСТЕНИЯ
ВОДНЫЙ ДЕФИЦИТ. Снижение водного потенциала. Осмолиты и их физиологическая роль. Внутренние защитные реакции растения на водный дефицит. Засухоустойчивость: физиология и биохимия процессов.
ВОДОУСТОЙЧИВОСТЬ. Вымокание: изменения метаболизма растения. Устойчивость к затоплению и её физиолого-биохимическая основа.
СОЛЕУСТОЙЧИВОСТЬ. Виды засоления почвы. Повреждающее действие солей. Адаптивные механизмы устойчивости растений к засолению.
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ. Холодоустойчивость и её механизмы. Влияние высоких температур и механизмы терморегуляции.
ВЛИЯНИЕ НЕДОСТАТКИ И ИЗБЫТКА КИСЛОРОДА. Аноксия и способы акклимации растений. Повреждающее действие кислорода и механизмы детоксикации.
ТЕХНОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ. Виды техногенных загрязнений. Тяжёлые металлы. Понятие о ПДК. Физиологические и биохимические механизмы устойчивости к тяжёлым металлам.
ВЕЩЕСТВА ВТОРИЧНОГО МЕТАБОЛИЗМА
Общая характеристика веществ этой природы. Классификация. Пути образования и накопления. Физиологическая роль и практическое значение.
Критерии оценки знаний
при сдаче вступительного экзамена в аспирантуру по специальностям:
03.01.05 – Физиология и биохимия растений
-
Оценка «отлично» ставится за конкретное, полное и последовательное изложение материала по вопросу. Она предполагает свободное ориентирование в разделах дисциплины программы вступительного экзамена.
-
Оценка «хорошо» ставится за конкретное изложение материала по вопросу, без существенных неточностей, или исправлении ответа на правильный при дополнительных уточняющих вопросах экзаменаторов.
-
Оценка «удовлетворительно» - ставится за ответ, включающий общие положения излагаемого материала, в ответе допускаются неточности, не вполне правильные формулировки, или при нарушении последовательности в изложении материала. На дополнительные вопросы не всегда даются точные ответы.
-
Оценку «не удовлетворительно» («два») - ставят за незнание значительной части материала, в ответе допускаются существенные ошибки, при неуверенных ответах или их отсутствии на уточняющие вопросы.
-
Оценка «не удовлетворительно» («единица») – ставится за незнание основной части материала программы вступительного экзамена, отсутствие ответов на дополнительные или уточняющие вопросы.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
-
Физиология растений / Под ред проф. И.П.Ермакова.- М: Академия, 2005.
-
Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений / Под ред. чл.-корр. РАСХН, проф. Н.Н.Третьякова.- М.: КолосС, 2005
-
Кузнецов В.В., Дмитриева М.Н. Физиология растений. М.: Высшая школа, 2005.
-
Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений. В 2 т. М.: Мир, 1986.
-
Полевой В.В. Физиология растений. М.: Высшая школа, 1989.
Достарыңызбен бөлісу: |