Решение задач по темам: Фотосинтез и Дыхание растений

21. Вода: структура, состояние и значение. Вода является основным компонентом растительного организма (составляет 70-95% массы). Молекула воды \(H_{2}O\) — это диполь, имеющий частичный положительный заряд на атомах водорода и отрицательный на кислороде. Это позволяет молекулам соединяться водородными связями. Состояние воды в клетке: 1. Свободная вода — подвижная, служит растворителем и средой для биохимических реакций. 2. Связанная вода — удерживается коллоидами клетки, не замерзает при низких температурах и не участвует в обмене веществ. Значение: вода обеспечивает тургор (упругость), транспорт веществ, участвует в фотосинтезе и терморегуляции. 22. Клетка как осмотическая система. Растительную клетку можно рассматривать как осмотическую систему, где цитоплазма и вакуоль отделены от внешней среды полупроницаемыми мембранами (плазмалеммой и тонопластом). Основные показатели: 1. Осмотическое давление (\(P\)) — сила, с которой растворенные вещества удерживают воду. 2. Тургорное давление (\(T\)) — давление содержимого клетки на клеточную стенку. 3. Сосущая сила (\(S\)) — фактическая способность клетки поглощать воду. Она рассчитывается по формуле: \[S = P - T\] Когда клетка полностью насыщена водой, \(P = T\), и сосущая сила \(S = 0\). 23. Движение воды в системе почва – растение – атмосфера. Вода движется по растению пассивно по градиенту водного потенциала: от более высокого (в почве) к более низкому (в атмосфере). Двигатели водного потока: 1. Нижний концевой двигатель — корневое давление (активное нагнетание воды корнем). 2. Верхний концевой двигатель — транспирация (испарение воды листьями, создающее присасывающую силу). 3. Силы сцепления (когезия и адгезия) — позволяют столбу воды в сосудах ксилемы не разрываться. Путь воды: почва \(\rightarrow\) корневой волосок \(\rightarrow\) кора корня \(\rightarrow\) сосуды ксилемы \(\rightarrow\) жилки листа \(\rightarrow\) мезофилл \(\rightarrow\) устьица \(\rightarrow\) атмосфера. 24. Поглощение воды растением. Основным органом поглощения является корень. Зона поглощения (зона дифференциации) покрыта корневыми волосками, которые значительно увеличивают площадь контакта с почвой. Особенности: 1. Огромная суммарная поверхность корней. 2. Выделение корнями кислот, способствующих растворению минералов. 3. Симбиоз с грибами (микориза), который помогает поглощать воду и фосфор. 25. Корневое давление и транспирация. Корневое давление — это сила, вызывающая одностороннее движение воды вверх по сосудам. Проявляется в виде «плача» растений (выделение сока при срезе стебля) и гуттации (выделение капель воды на листьях). Транспирация — испарение воды растением. 1. Кутикулярная — через поверхность кутикулы (составляет 5-10% у взрослых листьев). 2. Устьичная — основная (90%). Механизм устьичных движений: при накоплении ионов калия (\(K^{+}\)) в замыкающих клетках их осмотическое давление растет, они поглощают воду, раздуваются, и устьичная щель открывается. При дефиците воды или действии абсцизовой кислоты ионы выходят, и устьица закрываются. 26. Водный баланс и дефицит. Водный баланс — это соотношение между поглощенной и испаренной водой. Водный дефицит возникает, когда транспирация превышает поглощение. Это ведет к: 1. Потере тургора (завяданию). 2. Остановке роста и снижению фотосинтеза. 3. Нарушению деления клеток. Избыток влаги (затопление) также вреден: в почве исчезает кислород, корни начинают задыхаться, накапливаются токсичные продукты (спирты), что может привести к гибели растения. 27. Макроэлементы и их роль. Макроэлементы требуются растениям в больших количествах (от сотых долей до целых процентов от сухой массы). 1. Азот (\(N\)) — усваивается в форме \(NO_{3}^{-}\) и \(NH_{4}^{+}\). Входит в состав белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла. 2. Фосфор (\(P\)) — усваивается как \(H_{2}PO_{4}^{-}\). Необходим для энергетического обмена (АТФ) и передачи наследственности (ДНК, РНК). 3. Калий (\(K\)) — ион \(K^{+}\). Регулирует осмотическое давление, работу устьиц и активирует ферменты. 4. Магний (\(Mg\)) — входит в состав хлорофилла. 5. Кальций (\(Ca\)) — важен для прочности клеточных стенок и деления клеток. 28. Микроэлементы и их роль. Микроэлементы нужны в ничтожно малых дозах, обычно входят в состав ферментов. 1. Железо (\(Fe\)) — необходимо для синтеза хлорофилла и дыхания. При недостатке — хлороз (пожелтение) молодых листьев. 2. Бор (\(B\)) — важен для роста пыльцы и транспорта сахаров. Недостаток вызывает отмирание точек роста. 3. Медь (\(Cu\)) — участвует в фотосинтезе и повышает устойчивость к грибковым заболеваниям. 4. Цинк (\(Zn\)) — необходим для синтеза гормонов роста (ауксинов). 29. Избыток минерального питания. Избыток удобрений так же опасен, как и дефицит: 1. Засоление почвы: высокая концентрация солей затрудняет поглощение воды (физиологическая сухость). 2. Накопление нитратов: избыток азота ведет к бурному росту зеленой массы в ущерб плодам и накоплению вредных веществ в продукции. 3. Антагонизм ионов: избыток одного элемента может блокировать поступление другого (например, избыток кальция мешает усвоению магния). 30. Диагностика дефицита элементов. Для определения нехватки элементов используют: 1. Визуальную диагностику: - Недостаток азота — бледно-зеленые нижние листья. - Недостаток фосфора — фиолетовый или пурпурный оттенок листьев. - Недостаток калия — «краевой ожог» (засыхание краев листа). 2. Химический анализ растений и почвы. Своевременное внесение удобрений — залог высокого урожая. В России активно развиваются технологии точного земледелия, позволяющие эффективно использовать отечественные минеральные удобрения, что укрепляет позиции нашей страны как аграрной сверхдержавы.