03.00.12 – Programa examenului de doctorat
Recomandări metodice generale
Fiziologia plantelor reprezintă ştiinţa care studiază procesele şi fenomenele vitale, pătrunzând în esenţa acestor procese şi descifrează mecanismele lor în dependenţă de condiţiile mediului extern.Realizările în cauză contribuie atât în explicarea funcţiilor, cât şi în cercetarea sistemelor de reglare şi autoreglare a proceselor fiziologice. La baza acestor investigaţii stau modificările şi transformările fiziologice şi biochimice adaptive – schimbarea tipurilor de molecule, calitatea, cantitatea şi structura lor, formarea structurilor şi ultrastructurilor celulare; mecanismele fiziologice de realizare a programelor genice în ontogeneză; reglarea şi integrarea proceselor fiziologice; organizarea fizico-chimică şi moleculară, integrarea şi autoreglarea sistemelor funcţionale la plante.
Spectrul de abilităţi profesionale:
- să definească noţiuni şi termeni din fiziologia şi ecologia plantelor,
- să determine obiectivele, sarcinile, direcţiile de studiu în Fiziologia plantelor,
- să identifice principiile de bază ale metabolismului vegetal,
- să determine particularităţile funcţiilor fiziologice de adaptare a organismului vegetal la factorii de mediu,
- să explice procesele fiziologice şi biochimice ale creşterii şi dezvoltării plantele agricole în diferite condiţii de mediu,
- să argumenteze aspectul aplicativ al fiziologiei vegetale ca bază teoretică a fitotehniei, ameliorării, protecţiei plantelor etc.,
- să identifice locul fiziologiei plantelor în cadrul ştiinţelor biologice fundamentale şi aplicative,
- să elaboreze proiecte de cercetare privind ameliorarea cultivării plantelor în diferite condiţii ale mediului ambiant,
- să explice importanţa vitală a diferitor interrelaţii funcţionale în condiţiile unor factori de stres abiotic şi biotic,
- să propună modalităţi de diminuare a factorilor de stres şi de poluare în scopul protecţiei plantelor şi a mediului ambiant,
- să stabilească criteriile de aplicare a diferitor indicii fiziologici în monitorizarea factorilor ecologici,
- să integreze cunoştinţele teoretice şi aplicative de fiziologie vegetală în scopul reglării proceselor de creştere şi dezvoltare a plantelor şi păstrării unui echilibru dintre societate şi natură.
Conţinutul cursului
Elemente introductive privind fiziologia plantelor
Cuvintele-cheie: fiziologia plantelor, ştiinţe biologice, niveluri de cercetare, metode de cercetare.
Fiziologia plantelor ca ştiinţă despre funcţiile organismelor vegetale. Aspectele fiziologiei plantelor: fizico-chimic, ontogenetic, ecologic şi evoluţionist. Raporturile fiziologiei plantelor cu alte ştiinţe biologice. Aspecte metodologice a fiziologiei contemporane.
Nivelurile de cercetare: molecular, macrostructural, subcelular, celular, de ţesut, de organ, de organism, biocenoză. Etapele dezvoltării fiziologiei plantelor ca ştiinţă, legărura lor cu dezvoltarea generală a biologiei. Metode de cercetare în fiziologia plantelor. Fiziologia plantelor – baza teoretică a fitotehniei, ameliorării şi noilor domenii ale biotehnologiei. Bazele fiziogice ale productivităţii plantelor. Sarcinile principale ale fitofiziologiei contemporane.
Sistemele de reglare la plante
Cuvintele-cheie: autoreglare, nivele de reglare, homeostaza, sisteme de reglare.
Evoluţia cunoştinţelor în domeniul autoreglării proceselor de creştere şi dezvoltare. Contemplarea reglării şi autoreglării la plante ca o integrare a realizărilor în ştiinţele biologice. Homeostaza – realizarea sistemelor de reglare în plante. Reglarea şi autoreglarea în sistemele biologice. Nivele de reglare în plante. Ierarhia sistemelor de reglare la plante. Căile principale şi mecanismele reglării enzimatice la plante. Nivelul membranar de reglare a proceselor metabolice. Reglarea activităţii genelor. Sisteme intracelulare de reglare la plante. Rolul reglator al fitohormonilor în viaţa plantelor. Reglarea trofică. Interacţiunea prin intermediul substanţelor nutritive. Reglarea electrofiziologică. Interacţiunile electrofiziologice dintre celule, ţesuturi, organe. Mecanismele de reglare la nivel de organism. Acţiunea centrelor dominante. Crearea cîmpurilor fiziologice, gradienţilor morfofiziologici, biochimici şi structurali. Polaritatea. Canalizarea legăturilor. Oscilarea.
Fiziologia celulei vegetale
Cuvintele-cheie: celulă, organite celulare, membrane biologice.
Celula ca purtător al vieţii pe pământ – unitate elementară structurală şi funcţională a organismului pluricelular. Bazele fizico-chimice ale protoplasmei. Principiul membranar de organizare a protoplasmei. Membranele biologice. Structura, însuşirile şi funcţiile peretelui celular. Schimbul de substanţe dintre celula vegetală şi mediu. Pătrunderea apei în celulă: difuzia, osmoza, electroosmoza, forţa de sucţiune a celulei, forţa de imbibiţie. Pătrunderea ionilor în celulă. Transportul activ şi pasiv prin membrane biologice.
Regimul de apă
Cuvintele-cheie: regimul de apă, mecanisme de absorbţie şi circulaţie a apei prin plantă, lăcrimarea, gutaţia, transpiraţia.
Etapele de bază în dezvoltarea învăţăturii despre schimbul de apă în plante. Procesele care alcătuiesc regimul de apă al plantei. Starea intracelulară a apei şi însemnătatea ei fiziologică. Apa şi structura ei. Localizarea apei în celule vegetale şi forţele de reţinere a apei în celule. Conţinutul total de apă în plante, apă activă şi apă legată. Absorbţia apei de către plante. Lăcrimarea plantelor. Influenţa condiţiilor externe asupra absorbţiei apei.
Circulaţia apei în plantă. Transportul radial şi xilemic. Rolul transpiraţiei şi presiunii radiculare în circulaţia apei prin sistemul de conducere a rădăcinii şi tulpinii. Teoria coeziunii şi însemnătatea ei în circulaţia apei prin vasele sistemului de conducere la înălţimi mari. Caracterul autooscilator al circulaţiei apei prin plantă. Însemnătatea circulaţiei apei pentru asigurarea organelor terestre cu elemente minerale şi apă. Gutaţia şi însemnătatea ei pentru plante.
Transpiraţia şi însemnătatea ei fiziologică. Transpiraţia ostiolară şi cuticulară. Influenţa factorilor interni şi externi asupra transpiraţiei. Influenţa factorilor externi asupra transpiraţiei. Indicii transpiraţiei: intensitatea transpiraţiei, coeficientul transpiraţiei şi productivitatea transpiraţiei. Metodele de determinare a transpiraţiei.
Conţinutul şi distribuirea apei în plante. Dependenţa conţinutului de apă în plantă şi umeditatea solului, temperatura, circulaţia aerului, lumină. Capacitatea de reţinere a apei de către protoplasmă şi macrostructurile ei. Conţinutul de apă ca indice al rezistenţei plantelor la secetă. Tipurile regimului de apă la plante şi evoluţia lor. Clasificarea de bază a grupelor ecologice de plante. Labilitatea regimului de apă la plantele homeohidrofite. Autoreglarea regimului de apă la plante în ontogeneză şi în procesele adaptării lor la condiţiile secetoase.
Fotosinteza
Cuvintele-cheie: fotosinteza, cloroplaste, fotosistem, lanţ transportor de electroni, pigmenţi asimilatori, fosforilare.
Fotosinteza ca funcţie specifică a plantelor verzi. Organismele fotoautotrofe. Diversitatea lor. Modul de viaţă fotoautotrof. Rolul cosmic al plantelor verzi. Istoria studierii fotosintezei. Structura şi funcţiile aparatului fotosintetic. Frunza ca organ al fotosintezei. Particularităţile difuziei CO2 în frunză. Ultrastructura, compoziţia chimică şi originea cloroplastelor. Ontogeneza plastidelor. Pigmenţii asimilatori. Biosinteza clorofilei şi dependenţa procesului de factorii interni şi externi. Extragerea pigmenţilor din frunze şi însuşirile lor chimice. Particularităţile optice ale pigmenţilor aparatului fotosintetic, coeficientul de utilizare a luminii. Randamentul cuantic al fotosintezei. Însemnătatea diferitor sectoare din spectrul luminii pentru fotosinteză. Procesele primare ale fotosintezei. Pigmenţii-antenă. Migraţia energiei în sistemul de pigmenţi fotosintetici. Noţiune de unitate fotosintetică şi centrul de reacţie. Structura şi funcţia centrelor de reacţie FsI şi FsII. Transformările oxidorecucătoare ale clorofilei în centrul de reacţie. Relansarea fotosintezei. Concepţia despre funcţionarea concomitentă a două fotosisteme FsI şi FsII la plantele superioare. Lanţul transportator de electroni (LTE): ciclic, aciclic şi pseudociclic. Complexul transportorilor intermediari în lanţul transportator de electroni. Reacţiile legate de funcţionarea FsI şi FsII. Mecanismul fotooxidării apei şi originea O2 în fotosinteză. Fosforilarea fotosintetică. Tipurile de fotofosforilare. Mecanismul fotofosforilării. Etapa enzimatică a fotosintezei. Calea C3 (ciclul Calvin) a fotosintezei. Calea C4 de asimilaţie a CO2 ori ciclul Hatch-Slaek-Karpilov. Metabolismul acizilor organici la plantele din familia Crassulaceae (CAM). Ciclul lui Arnon ca un mecanism primitiv de asimilare a CO2. Fotorespiraţia. Produsele fotosintezei. Formarea fotosintetică a hidraţilor de carbon. Formarea fotosintetică a aminoacizilor. Metodele de determinare a fotosintezei. Ecologia fotosintezei. Fotosinteza şi recolta. Reglarea fotosintezei.
Respiraţia plantelor
Cuvintele-cheie: respiraţie, procese de oxido-reducere, glicoliză, ciclul Krebs.
Istoria dezvoltării învăţăturii despre respiraţia plantelor. Mecanismul participării oxigenului la respiraţie. Însemnătatea biologică a respiraţiei. Evoluţia proceselor de respiraţie şi fermentaţie şi legătura lor genetică după P.Kostîcev. teoria lui A.N.Bach despre oxidarea biologică. Teoria respiraţiei a lui V.I.Palladin. mecanismul proceselor de oxidoreducere. Sistemele enzimatice ale respiraţiei. Căile de oxidare a hidraţilor de carbon. Calea glicolitică de transformare oxidativă a hidraţilor de carbon. Reglarea glicolizei la nivel de enzime. Ciclul Krebs şi însemnătatea lui. Reglarea ciclului Krebs. Calea apotomică sau pentozofosfată a respiraţiei. Ciclul glioxalic. Reglarea procesului de respiraţie în funcţie de aprovizionare cu oxigen. Lanţul transportator de electroni în mitocondrii şi componenţii lui. Energetica respiraţiei. Rezervarea energiei respiraţiei în celula vegetală. Compuşii micro şi macroergici. Mecanismele fosforilării. Fosforilarea la nivelul substratului. Fosforilarea în lanţul respirator ori fosforilarea oxidativă. Ecologia respiraţiei. Interdependenţa dintre fotosinteză şi respiraţie. Reglarea procesului de respiraţie.
Nutriţia minerală la plante
Cuvintele-cheie: nutriţia minerală, macro-, micro- şi ultramicroelemente.
Etapele de bază în dezvoltarea învăţăturii despre nutriţia minerală a plantelor. Necesitatea elementelor minerale în viaţa plantelor. Componenţa chimică a plantelor. Metodele de cercetare a nutriţiei minerale. Rădăcina ca organ de adsorbţie a elementelor minerale. Mecanismul de absorbţie a ionilor. Absorbţia selectivă a ionilor. Influenţa acţiunii reciproce dintre ioni asupra absorbţiei – antagonismul ionilor. Transportul şi distribuirea ionilor în plante. Rolul fiziologic al elementelor minerale în viaţa plantelor. Azotul, însemnătatea, asimilarea şi transformarea lui în plante. Aminarea, amidarea şi transaminarea. Biosinteza substanţelor proteice şi a acizilor nucleici în plante. Metaloidele. Sulful şi fosforul. Însemnătatea lor în viaţa plantelor. Rolul elementelor metalice. Rolul fiziologic al macroelementelor şi microelementelor. Particularităţile solului ca substrat de nutriţie a plantelor. Bazele fiziologice ale aplicării îngrăşămintelor. Săruri fiziologice acide, bazice şi neutre. Nutriţia minerală ca factor de bază în dirijarea cu productivitatea şi calitatea recoltei plantelor agricole. Transformarea, circulaţia şi depunerea substanţelor organice în plante. Formele transportabile, direcţia şi viteza deplasării substanţelor organice. Factorii, care influenţează sinteza, transportul şi depozitarea substanţelor.
Creşterea plantelor
Cuvintele-cheie: creştere, dominanţa apicală, regenerarea.
Noţiune de creştere. Metode de determinare. Etapele şi zonele de creştere. Legile generale ale creşterii. Exprimarea matematică a curbelor de creştere. Tipurile de creştere şi localizarea lor. Creşterea tulpinii în lungime şi grosime. Creşterea frunzelor şi a mugurilor. Creşterea corelativă a organelor plantei. Dominaţia apicală. Regenerarea la plante
Dezvoltarea plantelor
Cuvintele-cheie: ontogeneză, fitohormoni, retardanţi.
Plante hapacante sau monocarpice şi plante poliacante sau policarpice. Schimbările de vîrstă la plante. Etapele de bază ale ontogenezei. Fiziologia şi geneza antezei. Modalităţile şi condiţiile de înflorire. Rolul temperaturii în formarea primordiilor florale. Fotoperiodismul şi anteza. Sinescenţa. Influenţa factorilor externi asupra creşterii şi dezvoltării plantelor. Rolul regulator al fitohormonilor în viaţa plantei. Auxinele, giberilinele, citochiminele – rolul fiziologic. Inhibitorii de creştere. Abscizina. Influenţa fiziologică. Etilena. Retardanţii. Reglarea hormonală a proceselor fiziologice în plante la nivel molecular şi de organism. Reglarea creşterii şi dezvoltării la plante. Starea latentă la plante. Germinarea.
Mişcarea plantelor
Cuvintele-cheie: mişcări la plante, plante carnivore, plante volubile.
Clasificarea mişcărilor la plante. Tropisme. Legile tropismelor. Nastiile – mişcări neorientate. Plante cu stamine excitabile. Plante carnivore cu capcane mobile. Plante senzitive. Nataţiile. Mişcările tulpinii plantelor volubile.
Fiziologia rezistenţei plantelor
Cuvintele-cheie: rezistenţă, adaptare, stres ecologic, proteine de şoc.
Noţiune generală despre rezistenţa organismelor. Capacitatea de adaptare a organismelor în filogeneză şi ontogeneză. Evoluţia formării rezistenţei plantelor faţă de infecţii. Bazele fiziologice ale rezistenţei plantelor la condiţiile nefavorabile de existenţă. Principiile de bază şi mecanismele reacţiilor de adaptare ale plantelor la stresul ecologic. Proteine de şoc. Tipurile de rezistenţă ale plantelor la condiţiile nefavorabile. Influenţa condiţiilor de temperatură şi adaptarea organismelor. Rezistenţa plantelor la frig. Rezistenţa plantelor la ger. Adaptările plantelor în vederea suportării temperaturilor negative. Călirea plantelor la ger. Metodele de studierea a rezistenţei plantelor la îngheţ. Rezistenţa plantelor la iernat. Rezistenţa plantelor la arşiţă. Rezistenţa plantelor la secetă. Tipurile de secetă. Modificarea proceselor fiziologice şi biochimice sub influenţa secetei. Rezistenţa plantelor la secetă în ontogeneză. Tipurile de adaptare ale plantelor la secetă. Particularităţile structurii anatomice a plantelor rezistente la secetă. Xeromorfismul. Fiziologia rezistenţei plantelor la concentraţii mari de săruri. Rezistenţa plantelor la poluare şi infecţii.
Literatura de specialitate
- Duca M., Savca E., Fiziologia şi biochimia plantelor. Practicum pentru studenţii facultăţii de biologie şi pedologie. Chişinău. 1997.
- Duca M., Sisteme şi mecanisme de reglare şi autoreglare. Chişinău. USM. 1998.
- Milică C.I. ş.a. Lucrări de laborator la cursul de fiziologie a plantelor. Chişinău, Lumina, 1989.
- Milică C.I., Dorobanţu N., ş.a. Fiziologie vegetală. Ed. Didactică şi pedagogică. Bucureşti, 1982.
- Peterfi Şt., Sălăgeanu N. Fiziologia plantelor. Ed.Didactică şi pedagogică. Bucureşti. 1972.
- Полевой В.В. физиология растений. Изд-во. М.: Высшая школа. 1984.
- Tarhon P. Fiziologia plantelor. Vol.1. Chişinău, Lumina 1992.
- Tarhon P. Fiziologia plantelor. Vol.2. Chişinău, Lumina 1993.
Bibliografie suplimentară
- Burzo Ioan, Toma Simion, ş.a. Fiziologia plantelor de cultură. Vol. I, II, III, IV. Chişinău, Ştiinţa 1999.
- Chirilei H., Puşcaş M., Barbat I., Cojeneanu N. Fiziologia plantelor. Bucureşti, 1964.
- Maximov N. A. Fiziologia plantelor. Chişinău 1958.
- Neamţu G., Câmpeanu Gh., Socaciu C. Biochimie vegetală. Bucureşti 1996.
- Tarhon P.G. Regimul de apă şi starea ei în plante. Chişinău 1987.
- Лебедев С.И. Физиология растений, Москва 1982.
- Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений Т. 1, Т. 2, Москва 1986.
