FIZJOLOGIA ROĹšLIN - opracowane pytania na egzamin.doc

1) Budowa komórki roślinnej.

Komórka to podstawowy element struktury i czynnościowy każdego organizmu, zdolny do spełniania różnych funkcji życiowych, tj. oddychania, odżywiania, rozmnażania, wzrostu. Wielkość i kształt komórek są bardzo różne.Najmniejsza mierzy 0,2mikrometra (bakterie) największe ok50 cm.(włókna indyjskiej rośliny ramii) Każda komórka roślinna jest zbudowana z dwóch podstawowych składników- ściany komórkowej i protoplastu oraz licznych jego struktur: cytoplazma, plastydy, jądro, mitochądria. W cytoplaźmie wyróżniamycytoplazmę podstawową, struktury mambranowe, rybosomy, mikrotubule. Do struktur membranowych zaliczamy: plazmalemmę, lizosomy, retikulum endoplazmatyczne, struktury Golgiego. Ściana kom jest wytworem protoplastu, natomiast protoplast jest żywą częścią komórki.

2) Budowa chemiczna i właściwości błon cytoplazmatycznych

Błony cytoplazmatyczne zbudowane są głównie z fosfolipidów oraz białek i charakteryzują się określoną strukturą

Plazmalemma - żywa, półprzepuszczalna błona białkowo-lipidowa, okalająca cytoplazmę (protoplast). Ma strukturę podwójnej błony lipidowej, jej środkowy region zbudowany jest z dwu jednocząsteczkowych warstw fosfolipidów. Lipidy połączone są z białkami w taki sposób, że tworzą coś w rodzaju płynnej mozaiki. Plazmalemma utrzymuje wysoki stopień organizacji materii w komórce, spełniając rolę pośrednika między jej wnętrzem i otaczającym środowiskiem. Oddziela żywą zawartość komórki od środowiska zewnętrznego. Działa jak selektywna  bariera w wymianie cząsteczek i jonów wielu substancji, które w zależności od różnych czynników fizycznych i fizykochemicznych opuszczają komórkę lub wnikają do jej wnętrza. Stopień rozpuszczalności dla wody uzależniony jest od wieku i stanu fizjologicznego komórki oraz od wielu czynników zewnętrznych i wewnętrznych. Plazmalemma kontroluje również metabolizm komórki regulując przepływ różnego rodzaju związków.
Siateczka wewnątrzplazmatyczna (retikulum endoplazmatyczne) - struktura wewnątrz cytoplazmy o charakterze błoniastym składająca się z zespołu kanalików, pęcherzyków lub banieczek, często łączących się ze sobą, ograniczonych błoną białkowo-lipidową. Rodzaje:
- siateczka wewnątrzplazmatyczna szorstka (retikulum endoplazmatyczne szorstkie) - z błoną siateczki łączą się rybosomy odgrywające ważną rolę przy syntezie białek
- siateczka wewnątrzplazmatyczna gładka - pozbawiona rybosomów - bierze udział w procesie syntezy kwasów tłuszczowych
Funkcję ER można przedstawić następująco:

- Zwiększa powierzchnię wewnętrzną komórki;

- Umożliwia jednoczesne przeprowadzenie obok siebie różnych procesów, często wzajemnie się wykluczających procesów biochemicznych np. wymagających innego pH, innego stężenia jonów Ca2+ itd.;

- Tworzy kanały wewnętrznej "łączności" pomiędzy różnymi strukturami;

- Resyntetyzuje: białka (ERg), sterydy (szczególnie ERa), tłuszcze, uczestniczy w przemianach węglowodanów;

3) Cechy charakterystyczne : zawiesiny, r-ru koloidalnego, r-ru rzeczywistego.

ęłęóęłęóZawiesina - układ niejednorodny w postaci cząstek jednego ciała rozproszonych w drugim ciele, np. cząstek ciała stałego w gazie lub cząstek cieczy w cieczy. Jeżeli cząstki te są dostatecznie małe, mowa jest o układzie koloidalnym.

zawiesina - dwufazowy układ dyspersyjny, w którym cząstki ciała stałego, ze względu na niewielkie wymiary i lepkość cieczy, są w stanie utrzymywać się w całej objętości cieczy przez pewien okres czasu. Od roztworów rzeczywistych i koloidalnych różnią się tym, że siły grawitacji przewyższają w nich siły oporu cieczy i zderzeń z cząsteczkami cieczy i w zawiesinach dochodzi zawsze do sedymentacji

ęłęóRoztwór koloidalny - roztwór wielkocząsteczkowych związków chemicznych (związków organicznych, np. polimerów). Roztwór taki nie jest zawiesiną, jednak z powodu rozmiarów rozpuszczonych cząsteczek zaliczany jest do układów koloidalnych posiadając z nimi wspólne cechy - np. rozpraszanie światła.

ęłęóCechą charakterystyczną stanu koloidalnego jest niski stopień rozdrobnienia. Układy koloidalne lub krótko - koloidy, są to układy dyspersyjne, najczęściej dwuskładnikowe, o wyglądzie układów fizycznie jednorodnych, chociaż w rzeczywistości oba składniki nie są ze sobą zmieszane cząsteczkowo.ęłęóRoztwory koloidalne sa układami nietrwałymi

ęłęóRozwtór właściwy - zwany też roztworem rzeczywistym to układ, w którym cząstki substancji rozproszonej mają rozmiary mniejsze od 10 nm (nanometrów 10-9 m)

Pojęcie to zostało wprowadzone aby rozróżnić "prawdziwe" roztwory od roztworów koloidalnych (koloidów - zoli, emulsji, pian a także koloidów cząsteczkowych, jak roztwory polimerów). Jeśli w roztworze nie występują cząstki większe niż 10 nm to zazwyczaj świadczy to o tym, że mają one rozmiary zbliżone do pojedynczych cząsteczek danego związku chemicznego.

Mogą dyfundować przez błony

4 - Zjawisko denaturacji białka

Denaturacją białka nazywamy zmiany w strukturze białka natywnego, które prowadzą do utraty aktywności biologicznej lub innej indywidualnej cechy charakterystycznej tego białka przy zachowaniu jego struktury pierwszorzędowej.

Podczas denaturacji niszczone są wiązania wodorowe, a w obecności odczynników redukujących rozszczepieniu ulegają wiązania disulfidowe.

Denaturacja może być procesem odwracalnym i nieodwracalnym. Przejście od natywnego, niskoenergetycznego stanu do formy zdenaturowanej związane jest ze wzrostem nieuporządkowania łańcucha, której to przemianie towarzyszy wzrost entropii. Uporządkowanie najbliższych cząsteczek wody wzrasta jednak, w wyniku hydratacji grup hydrofobowych łańcuchów bocznych uwolnionych podczas denaturacji.

Podczas denaturacji zachodzą także zmiany rozpuszczalności i przesunięcie punktu izoelektrycznego. Rozwinięcie łańcucha peptydowego może prowadzić do wzrostu lepkości, a także zmian absorpcji w nadfiolecie. Obserwuje się również często procesy agregacji i wytrącania, co jest związane ze zmianami stopnia hydratacji i rozpuszczalności białek.

Najważniejszymi metodami fizycznymi denaturacji są: ogrzewanie, silne mieszanie, wytrząsanie, naświetlanie promieniowaniem nadfioletowym, rentgenowskim i radioaktywnym lub działanie ultradźwiękami.

5) Zjawisko koagulacji odwracalnej.

ęłęóKoagulacja to proces polegający na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe agregaty tworzące fazę ciagłą o nieregularnej strukturze. Istnieje koagualacja odwaracalna i nieodwracalna

       ęłęóProces przechodzenia zolu w żel nosi nazwę koagulacji

       ęłęóZole w procesie koagulacji przechodzą w żel, który czasami w procesie zwanym peptyzacją ponownie może przejść w zol.

6 - Proces peptyzacji i solwatacji

              SOLWATACJA [łac.], oddziaływanie cząsteczek rozpuszczalnika na jony lub cząsteczki substancji rozpuszczonej, prowadzące do powstania połączeń zw. solwatami; solwatacja zachodzi zazwyczaj wskutek wzajemnego przyciągania się (siłami elektrostat.) polarnych cząsteczek rozpuszczalnika i jonów lub polarnych cząsteczek substancji rozpuszczonej; solwatację w roztworach wodnych nazywa się hydratacją, a tworzące się połączenia — hydratami; solwatacja może zachodzić w układach koloidowych (liofilowe koloidy); przyjmuje się, że w roztworach, w których przebiega jonizacja cząsteczek zachodzi solwatacja elektronów.

Przechodzenie koloidu ze stanu zolu w stan żelu nazywamy koagulacją, proces przeciwny solwatacją albo czasem peptyzacją.

7) Proces pęcznienia koloidów.

    Wstępnym procesem powstawania roztworów koloidalnych  jest pęcznienie subst koloidalnej. Zjawisko to polega na rozlużnieniu połączeń międzycząsteczkowych, powstawaniu wiązań wodorowych, wzroście objętości i powierzchni koloidu na skutek adsorbcji wody. Wszystkim tym zmianom towarzyszy wydzielanie energi cieplnej. Proces ten ma istotne znaczenie podczas kiełkowania nasion, gdyż pełna hydratacja koloidów komórkowych (np. enzymów) warunkuje ich aktywność biologiczną. Proces pęczniecnia charakteryzują dwie wielkości: szybkość oraz stopień pęcznienia. Pierwszy parametr określa czas potrzebny do pełnego spęcznienia koloidu, a drugi -maksymalną masę wody, którą mogą przyłączyć micele. Wrtość obu parametrów zależy m.in. od liczyb i rodzaju grup hydrofilowych występujących w związku koloidalnym, odczynu środowiska i stężenia roztworu, w którym zachodzi pęcznienie. Tęperatura wpływa jedynie na szybkość pęcznienia.

8 - Proces dyfuzji i czynniki wpływające na jej  intensywność

Dyfuzja - Proces samorzutnego przenikania cząsteczek jednej substancji pomiędzy cząsteczki drugiej substancji.

Cząsteczki te wykazują zawsze nieskoordynowane ruchy termiczne dzięki którym następuje przemieszczenie się substancji pomiędzy różnymi obszarami układu. Do przemieszczania dochodzi jednak dopiero wtedy gdy pojawiają się siły mogące ten transport wywołać. Przyczyna powstania tych sił w roztworze może być np. lokalna różnica w potencjałach chemicznych substancji rozpuszczonych bądź rozpuszczalnika.

Im większy gradient, tym szybkość dyfuzji będzie większa, pod warunkiem, że inne czynniki nie ulegną zmianie. Na szybkość dyfuzji wpływa również, przepuszczalność ośrodka, w którym ona zachodzi. Wzrost stopnia przepuszczalności środowiska pociąga za sobą wzrost prędkości dyfuzji. Proces dyfuzji ulega również przyśpieszeniu wraz ze wzrostem temperatury, ponieważ energia kinetyczna cząsteczek rośnie wprost proporcjonalnie do temperatury bezwzględnej.

Wielkość cząsteczek ma również wpływ na szybkość procesu dyfuzji. Im mniejsze są cząsteczki tym szybciej proces ten będzie przebiegał. Wyjątek od tej reguły stanowi dyfuzja jonów, ponieważ cząsteczki przemieszczają się wraz ze swoimi otoczkami wodnymi które są odwrotnie proporcjonalne do ich promienia.

W przypadku jonów o różnej wartościowości ich szybkość spada wraz ze wzrostem tej wartościowości: K+ > Na+ > Li+ > Ca++ > Mg++ > Al.+++

Dyfuzja najszybciej przebiega w gazach, wolniej w cieczach a najwolniej w ciałach stałych.

Zjawisko dyfuzji jest podstawą wymiany gazowej roślin, która wiąże się z takimi procesami fizjologicznymi jak: transpiracja, fotosynteza i oddychanie. Proces ten odgrywa również istotną role w pobieraniu składników odżywczych z roztworu glebowego.

9) Proces osmozy.

        Osmoza to przenikanie rozpuszczalnika o stężeniu niższym do r-ru o stężeniu wyższym przez błonę półprzepuszczalną. Potencjał osmotyczny wynika ze stężenia r-ru, im stężenie r-ru wyższe tym Po wyższy. Układem osmotycznym może być komórka lub cała roślina. Stanowią go r-ry oddzielone błonąpółprzepuszczalną.

R-ry: hipertoniczny- o wyższym stężeniu; izotoniczny- jednakowe; hipotoniczny- o niższym.

Osmoza to dyfuzja cząsteczek wody (rozpuszczalnika) przez półprzepuszczalną błonę rozdzielającą r-ry o różnych stężeniach.

Znaczenie: *reguluje zawartość wody (pobieranie, przekazywanie, rozprowadzanie) *zapewnia właściwy turgor roślinie, istotne dla zachowania kształtu i przebiegu procesów fizjologicznych *nadanie rosnącym tkankom siły przebicia *warunkują odporność roślin na suszę i zimno.

Transport: dyfuzja prosta: zgodnie z gradiantem stężeń

                dyfuzja wspomagana: zgodnie z gradiantem stężeń lecz wspomagana przez przenośnik tworzony przez integralne białko błonkowe

                transport aktywny: wbrew gradiantowi stężeń wymaga nakładu energii.

10 - Parametry osmotyczne kom. roślinnej i występujące pomiędzy nimi zależności

              Główna siła  i mechanizm pobierania i  transportu wody nie tkwi w korzeniu lecz jest wynikiem ssącego działania liśc, wywołanego przede wszystkim przez transpirację. S= Po-cT Przy max turgorze S równa jeste zeru a Po=cT [ cT=max; S=0; Po=cT] Gdzy ciśnienie turgorowe jest równe zeru siła ssąca kom ma wartość max i równą potencjałowi osmotycznemu [ S=Po gdy cT=0]

11) Proces plazmolizy i deplazmolizy.

              Komórkę umieszczamy w roztworze (hipertonicznym)  o stężenui przewyższającym stężenie soku komórkowego, wtedy woda bedzie przenikać z komórki na zewnątrz. W tych warunkach obserwujemy zjawisko plazmolizy. Plazma (protoplast) kurczy się i odstaje od ścian komórki. Natomiast jeśli taką splazmolizowaną komórkę umieścimy  w roztworze (hipotonicznym) o stężeniu niższym niż stężeie soku komórkowego wówczas woda będzie przenikać do komórki (w skótek siły ssącej) a plazma wróci do pierwotnego stanu- zjawisko deplazmolizy. Protoplast rozkurcza się i wraca do normalnego stanu. Deplazmoliza zachodzi dzięki istnieniu błon półprzepuszczalnych.

12 - Proces transpiracji oraz czynniki decydujące o jego intensywności

Transpiracja – jest to proces wyparowywania wody z rośliny do atmosfery. Zjawisko to ma naturę fizyczną, gdyż polega na dyfuzji cząsteczek pary wodnej z powierzchni wewnętrznej – transpiracja szparkowa lub zewnętrznej liści – transpiracja kutykularna. Ma również charakter fizjologiczny, gdyż w dużym stopniu, jej intensywność może być regulowana przez otwieranie lub zamykanie aparatów szparkowych. Silna transpiracja nie jest potrzebna ze względów fizjologicznych, lecz jest nieunikniona ze względów ekologicznych. Nadmierna transpiracja naraża rośliny na nadmierne straty wody.

Transpiracja szparkowa - proces parowania wody u roślin, który zachodzi poprzez aparaty szparkowe. Para wodna początkowo znajdująca się w przestrzeniach międzykomórkowych przedostaje się do komory powietrznej i następnie szparek, którymi wydostaje się na zewnątrz. Parowanie szparkowe może wykazwywać rytmikę dobową w związku z cyklem zamykania i otwierania szparek przez rośliny. Jest to zależne od uwilgocenia rośliny, wilgotności powietrz, temperatury i światła.

Transpiracja kutykularna - proces parowania wody u roślin, który zachodzi poprzez zewnętrzna powierzchnię liścia - kutykulę. Tylko nieznaczna część wody wyparowuje tą drogą.

Czynniki decydujące o intensywności transpiracji:

Światło – energia świetlna pochłaniana przez liście w 90% ulega przekształceniu na energię cieplną która z kolei w znacznym stopniu zużyta jest w procesie parowania. Dzięki parowaniu jaki na skutek tego, że na miejsce wytranspirowanej wody dopływa do liści woda z gleby, rośliny nie ulegają przegrzniu.

Pod wpływem światła szparki się otwierają co wzmaga transpiraję. Na ogół w nocy szparki są zamknięte, ale istnieją wyjątki – ziemniak, burak, kapusta.

Temperatura – wzrost temperatury otoczenia do 40-500C wzmaga transpirację. Ze wzrostem temperatury zwiększa się energia kinetyczna cząsteczek wody i  coraz więcej ich przechodzi w stan pary.

Niedosyt wilgotności powietrza – jest to różnica między prężnością pary wodnej nasyconej a aktualną prężnością pary wodnej w danej temperaturze i pod danym ciśnieniem. Parowanie jest proporcjonalne do niedosytu wilgotnościowego powietrza, a ten z kolei uzależniony jest od temperatury.

Wiatr – zależność pary wodnej od wiatru łączy się ściśle ze sprawą niedosytu pary wodnej w atmosferze. Transpiracja rośliny przy powietrzu nieruchomym jest hamowania na skutek wytwarzania się na powierzchni organów transpirujących, warstwy powietrza o dużym nasyceniu parą wodną, która to para powoli dyfunduje (przenika) do dalszych warstw atmosfery. Natomiast ruch powietrza usuwa powietrze wysycone parą wodną przez co wzrasta niedosyt wilgotności powietrza, co z kolei powoduje wzmożenie transpiracji

W miarę wzrostu niedosytu wilgotnościowego powietrza, temperatury oraz natężenia światła wzrasta również transpiracja, której maksymalne natężenie obserwujemy zwykle w godzinach popołudniowych. Po południu transpiracja nagle gwałtownie maleje, osiągając w nocy, a najczęściej nad ranem, wartości zbliżone do zera.

15) Budowa, rodzaje i funkcje tkanek przewodzących w roślinie.

              Tkanka przewodząca w przeciwieństwie do większości tkanek, jest zbudowana z niejednorodnych komórek: drewno i łyko. ŁYKO (floem) Elementami łyka są przede wszystkim rurki sitowe, służą one do przewodzenia produktów asymilacji z liści do łodygi i korzenia.Rurki sitowe- składają się z szeregu komórek, których ściany poprzeczneuległy perforacji upodabniając się do sita. Komórki rurek sitowych są żywe, silnie zwakuolizowane, jednak zachowany protoplast pozbawiony jest jądra komórkowego. Obok rurek sitowych występują komórki przyrurkowe o roli nie do końca poznanej. Oprócz elementów łyka przewodzących substancje organiczne występują włókna łykowe- komórki o charakterze wzmacniającym; oraz miękisz łykowy, gromadzący materały zapasowe. DREWNO (ksylem)- tkanka, której podstawową rolą jest przewodzenie wody z solami mineralnymi z korzeni do łodygi i liści. W funkcji tej wyspecjalizowały się dwa rodzaje elementów drewna: naczynia i cewki. Naczynia- to długie rurki powstałe z wielu leżących jedna nad drugą komórek, w których stopniowo zanikał protoplast i ściany poprzeczne. Są to więc elementy martwe, ich ściany często są wzmocnione zdrewniałymi zgrubieniami. W zależności od stopnia i rodzaju zgrubień wyróżńiamy naczynia: pierścieniowe, spiralne, siatkowe, i z jamkami (jamkowe). Jamki są charakterystycznym elementem ściany komórkowej roślin; nie ulegają zdrewnieniu, pozostają jako otwory zapewniające kontakt pomiędzy sąsiednimi komórkami. ( charakterystyczne dla okrytonasiennych) Są elementami , które ewolucyjnie powstały póżniej niż cewki. Cewki- to pierwotne komórki przewodzące wodę z solami mineralnymi. Są typowe dla paprotnikówi roślin nagonasiennych. Cewki to komórki o ostro zakończonych końcach zachodzących na siebie klinowato. Podobnie jak naczynia nie mają protoplastu, a przez to są martwe. Mają silnie zdrewniałe ściany komórkowe z wieloma jamkami, przez które woda przepływa z jednej komórki do drugiej. Elementami drewna nie są tylko naczynia i cewki obok nich występują: włókna drzewne- są to elementy martwe będące główną częścią składową szkieletu podtrzymującego całość rośliny, stanowią podstawową masę drewna drzew liściastych i decydują o jego twardości; miękisz drzewny- zbudowany jest z żywych komórek  przechowujących substacje zapasowe np. skrobię.

19 - Rodzaje wody glebowej dostępnej dla roślin

Postacie wody w glebie:

Woda krystalizacyjna (chemiczna) – wchodzi w skład minerałów (gips, getyt, minerały ilaste, opal), w 7% nie dostępna dla roślin;

Woda w postaci lodu – niedostępna dla roślin, które przechodzą w stan spoczynku, ma znaczenie strukturotwórcze dla gleb związanych z glin, iłów, pyłów ilastych – woda zamarza, rozrywa i doprowadza tlen;

Woda w postaci pary wodnej – jako gaz wchodzi w skład powietrza glebowego, ma zdolności do poruszania się od wilgotniejszych do suchszych miejsc i od cieplejszych do zimniejszych;

Woda molekularna – związana siłami molekularnymi, forma wody niedostępnej (hydroskopijna – absolutnie niedostępna, błonkowa – może być pobrana przez niektóre rośliny);

Woda kapilarna – zajmuje pory kapilarne, dostępna dla roślin (mezopory), niedostępna (mikropory); najważniejsza postać wody dla wzrostu roślin (woda kapilarna właściwa ma kontakt z wodą gruntową – podsiąka do strefy korzeniowej roślin; woda kapilarna zawieszona powstaje z wody opadowej);

Woda grawitacyjna – znajduje się w makroporach o śr. 8,5 µm, pod wpływem siły grawitacji spływa w dół, pojawia się okresowo;

Woda gruntowo – glebowa – gromadzi się na warstwach nieprzepuszczalncyh (zasila rośliny).

20 - Skład chemiczny świeżej masy roślinnej

Świeża masa = woda + sucha masa (6 godz. w temp. 105 st. C - wtedy cała woda z rośliny zawarta we wszystkich komórkach odparuje).

Sucha masa: związki nieorg. - sole mineralne, związki org. - powstają w wyniku fotosyntezy i przemian węgla (C). Spalanie w temp. 600-650 st. C - powstaje popiół.

22- Pożywki mineralne: funkcje, właściwości

Podstawową rolą badania roli fizjologicznej poszczególnych składników mineralnych jest metoda kultur wodnych. Metoda ta polega na tym, że rośliny uprawiamy na wodnym roztworze soli mineralnych. Taki roztwór dostosowany jakościowo i ilościowo do istotnych potrzeb pokarmowych rośliny, nazywamy pożywką.

Zasady odżywiania się wszystkich roślin samożywnych <zielonych> są takie same, tzn., że na tej samej pożywce mineralnej - jeśli tylko spełnia podstawowe warunki pożywek – można uprawiać wszystkie gatunki. Niemniej, poszczególne rośliny mogą mieć pewne indywidualne wymagania, które należy uwzględnić w składzie pożywek.

W składzie każdej pożywki mineralnej dla rośliny wyższej musimy uwzględnić następujące pierwiastki: K, Ca, Mg, Fe, N, P, S. Są to makroelementy mineralne niezbędne do życia rośliny. Co do stosowania mikroelementów to badania wykazują, że rośliny potrzebują na ogół 5 mikroelementów: Mn, B, Zn, Cu i Mo.

24 - Objawy niedoboru i funkcje fizjologiczne N, P, K, Ca, Mg, S, Fe