2. Структура самостоятельной работы

В дисциплине реализуются следующие виды самостоятельной работы: самостоятельное изучение теоретического материала, изложенного в основной и дополнительной учебной и научной литературе, работа в электронных базах научных журналов, теоретическая подготовка к семинарским занятиям, предложения по модификации методик.

Рекомендации к выполнению самостоятельной работы студенты получают у преподавателя, читающего лекции и ведущего семинарские занятия по дисциплине «Биофизика растений» устно во время консультаций и в письменном виде на основе методических указаний по данной дисциплине.

Таблица 2 - Трудозатраты на выполнение различных видов самостоятельной работы показаны

Виды самостоятельной работы	Всего часов (кредитов)	Семестр
		А
Общая трудоемкость самостоятельной работы	30	30
Изучение теоретического курса (ТО)	7	7
Подготовка к семинару (ПС)	15	15
Разработка научного протокола (РНП)	7	7

Самостоятельная работа организована в соответствии с графиком учебного процесса (табл. 3).

Таблица 3 – Распределение видов самостоятельной работы по семестру

Часы на самостоятельную работу

Недели семестра

Всего

По видам СР

1

2

3

4

5

6

78

9

10

11

12

13

14

15

30

Изучение теоретического курса (ТО) - 7

+

+

+

+

+

+

+

Подготовка к семинару (ПС) -15

+

+

+

+

+

+

+

Разработка научного протокола (РНП) - 7

+

+

+

3. Реализация самостоятельной работы

3.1. Изучение теоретического курса

Самостоятельная работа позволяет закрепить и систематизировать знания, полученные по время лекции. Самостоятельное изучение теоретического материала требует работы с конспектом лекции, учебной, научной и справочной литературой. Итогом этого вида самостоятельной работы могут быть конспект, схема, таблица. Перечень тем теоретического цикла приведен в рабочей программе дисциплины «Биофизика растений» и таблице 4.

Таблица 4 – Структура самостоятельной работы по изучению теоретического курса

Тема	Раз-дел	Ссылка на источник^1	Форма
			конспект	схема	таблица
1	3	4	5	6	7
1. Спектрофотометрические и флуоресцентные свойства фотосинтетических пигментов в экстрактах и в нативных объектах.	1	[4, 5, 7, 10, 14, 19, 20]	+		+
1	3	4	5	6	7
2. Теоретические основы дистанционных методов определения концентрации хлорофилла и производных экологических показателей.	1	[7, 9, 10, 16, 22-25]	+		+
3. Механизмы регуляции флуоресценции хлорофилла в цианобактериях, водорослях и хлоропластах сосудистых растений. Светоиндуцированные индукционные переходы флуоресценции хлорофилла.	2	[2, 3, 6, 11, 12, 17, 18, 26]	+	+
4. Замедленная флуоресценция хлорофилла. Применение в экофизиологических исследованиях растений.	2	[3,12, 17, 18]	+	+	+
5. Термоиндуцированные переходы флуоресценции хлорофилла как показатель термоустойчивости фотосинтетического аппарата и его структурно-функциональной организации.	2	[3, 6, 18]	+	+
6. Анализ состояния зимнего покоя у древесных растений с помощью регистрации термоиндуцированных переходов флуоресценции	2	[3, 18]	+
7. Биофизические методы диагностики устойчивости растений к водному, солевому стрессу, ионам тяжелых металлов	3	[1, 7, 13, 16, 26]	+		+
8. Биофизические методы выявления мутантных растений, растений, устойчивых к действию вирусов и патогенных микроорганизмов, действию УФ-В радиации	3	[1, 6, 8, 21, 26]	+		+

Студент должен самостоятельно изучить необходимый объем теоретического материала, проконсультироваться у преподавателя по вопросам, вызвавшим затруднение, оформить результат самостоятельной работы в предложенной форме. Конспект, схема, таблица помещаются в рабочую тетрадь студента по дисциплине «Биофизика растений». Методические рекомендации для составления конспекта можно почерпнуть в брошюре А. Я. Варламова «Методические указания по выполнению письменных работ в виде конспектов, рефератов, курсовых работ» (Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2005). Таблицы и схемы следует оформлять в соответствии с требованиями, предъявляемых при написании научного отчета, выпускной квалификационной работы (СТО «Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности» СТО 4.2–07–2010).

Вопросы для самопроверки при самостоятельном изучении теоретического курса:

1. Перечислите количественные показатели, характеризующие спектры поглощения, спектры действия и спектры флуоресценции пигментов.

2. Какие условия должны выполняться для спектрального и флуоресцентного анализа смеси пигментов без их предварительного разделения?

3. Перечислите основные особенности состава пигментов зеленых, диатомовых и синезеленых водорослей, позволяющих проводить дифференциальную оценку содержания в них хлорофилла «а».

4. Как контролировать рост клеток водорослей и цианобактерий на основе спектральных и люминесцентных?

5. Какие определить активность фотосинтетического аппарата растений на основе флуоресцентных показатей?

6. Какие дополнительные возможности в изучении фотосинтеза появились при использовании РАМ флуориметров?

7. Сформулируйте сходство и различия механизмов регуляции быстрой и замедленной флуоресценции.

8. Перечислите характеристики замедленной флуоресценции, связанные с активность фотосинтетического аппарата.

9. Сформулируйте механизм термоиндуцированных переходов флуоресценции.

10. Какие параметры термоиндуцированных переходов флуоресценции позволяют исследовать функциональные и структурные характеристики фотосинтетического аппарата растсений?

11. Сформулируйте механизм термоиндуцированных переходов флуоресценции в периоды акклиматизации древесных растений к зимним условиям.

12. Сформулируйте принцип, позволяющий применять спектры отражения хлорофилла для дистанционных исследований состояния растений.

13. Перечислите общие и специфичные биофизические ответные реакции растений в условиях холодового, окислительного и светового стресса.

14. Как активные формы кислорода связаны с перекисным окислением липидов и состоянием стресса у растений?

15. Какими методами можно исследовать процесс увеличения проницаемости клеточных мембран при действии факторов стресса?.

3.2. Подготовка к семинару

Таблица 5 – Структура самостоятельной работы при подготовке к семинару.

Тема	Раз-дел	Ссылка на источник^2	Форма
			доклад	презентация
1	3	4	5	6
1. Экстрактный и безэкстрактный методы определения зеленых и желтых пигментов в клетках водорослей, листьях растений..	1	[4, 5, 7, 10, 14, 19, 20]	+	+
2. Определение активности фотосинтеза на основе регистрации световой кривой транспорта электронов и индукционной кривой флуоресценции.	2	[26]	+	+
3. Определение устойчивости растений к тепловому стрессу на основе регистрации термоиндуцированных переходов флуоресценции и замедленной флуоресценции хлорофилла	2	[3, 6, 18]	+	+
4. Анализ состояния зимнего покоя у древесных растений на основе регистрации быстрой и замедленной флуоресценции	2	[3, 18]	+	+
5. Определение устойчивости растений к низким температурам на основе регистрации быстрой и замедленной флуоресценции хлорофилла	3	[3,12, 17, 18]	+	+

Студент должен самостоятельно изучить необходимый методический материал, используя основную и дополнительную литературу, WEB – ресурсы, представленные в программе дисциплины, а также на основании собственного списка научных статей. На семинаре студент должен быть готов обсуждать детали биофизических методов исследования растений, делать предложения об изменения методики в зависимости от свойств объекта исследования и другое.

3.2. Разработка научного протокола

Научный протокол

Проектирование эксперимента зависит от многих переменных. Самый простой способ проектирования – применение научного метода. Научный метод представляет собой список инструкций, или стандартный протокол, следуя которому можно дублировать результаты, делая возможным статистический анализ данных.

Первый шаг в проектировании эксперимента заключается в выборе темы. После определения темы необходимо собрать и проанализировать информацию из опытов, выполненных вами и другими авторами в рамках выбранной темы.

Научный протокол это способ организации информации при оформлении результатов опыта, эксперимента, исследования. Научное сообщение (устное или письменное) построенное в соответствии с протоколом проведения эксперимента позволяет сопоставлять различные этапы исследований, выполняемые различными группами исследователей. Протокол содержит детали проведения эксперимента, которые необходимы для его успешного повторения.

Введение – первый раздел протокола, раскрывает место собственных исследований в изучаемом вопросе, позволяет сформулировать цель и задачи работы.

«Материалы» - раздел протокола, в котором подробно описано все оборудование, инструменты, химические реагенты с указанием чистоты и фирмы производителя, экспериментальные животные или растения.

«Методы» - часть протокола, в котором подробно описаны условия проведения каждого этапа эксперимента. Этот раздел позволяет в случае повторного эксперимента внести необходимые изменения или в точности повторить прежний вариант.

«Результаты» - представляют статистически обработанные данные в форме таблиц, графиков, диаграмм. В текстовой части раздела дается описание и сравнение отдельных этапов эксперимента.

«Результаты и обсуждение» прежде всего констатирует был ли эксперимент успешным или нет. В случае успеха, исследователь объясняет смысл выводов и их возможное применение. Если исследование было выполнено недостаточно успешно, исследователь объясняет причины неудачи и планирует следующее исследование, которое может привести к успеху.

«Заключение» - заключительная часть протокола, в которой содержится анализ того, насколько проведенные эксперименты позволили ответить на поставленный вопрос. В заключении можно сделать выводы, предложить механизм, сформулировать направление будущих исследований.

Самостоятельная работа также включает подготовку к итоговому экзамену. Вопросы для подготовки к экзамену сформированы в соответствии с учебной программой:

16. Дать понятие спектрам поглощения, спектрам действия и спектрам флуоресценции зеленых пигментов.

17. Какие особенности спектров поглощения позволяют проводить анализ смеси пигментов без их предварительного разделения?

18. На каких свойствах водорослей различных таксономических групп основано дифференциальное определение концентрации хлорофилла.

19. Какие свойства флуоресценции позволяют проводить контроль над ростом клеток водорослей в культуре?

20. Какие флуоресцентные показатели позволяют определить активность фотосинтетического аппарата растений?

21. Какие возможности для флуоресцентных методов были реализованы при использовании РАМ флуоресценции?

22. Сходство и различия механизмов регуляции быстрой и замедленной флуоресценции.

23. Характеристики замедленной флуоресценции, связанные с активность фотосинтетического аппарата.

24. Интерпретация фаз и количественных показателей термоиндуцированных переходов флуоресценции.

25. Особенности термоиндуцированных переходов флуоресценции в периоды акклиматизации древесных растений к зимним условиям.

26. Спектры отражения листьев как основа для дистанционных методов изучения состояния растений.

27. Дистанционные методы оценки содержания хлорофилла в листья, водных и наземных фитоценозах.

28. Общие и специфичные биофизические ответные реакции растений в условиях холодового, окислительного и светового стресса.

29. Активные формы кислорода, их связь с перекисным окислением липидов и состоянием стресса у растений.

30. Проницаемость клеточной мембраны, как показатель жизнеспособности клетки.

Список рекомендованной литературы

Основная литература

1. Канаш Е.В., Осипов Ю.А. Диагностика физиологического состояния и устойчивости растений к действию стрессовых факторов среды (на примере УФ-В радиации) // Методические рекомендации. СПб. РАСХН/ГНУ АФИ Россельхозакадемии. 2008. 35 с.

2. Экологическая биофизика. Учебное пособие: в 3 т. Под ред. И.и. Гительзона, Н.С. Печуркина. Т.1. Фотобиофизика экосистем / И.И. Гительзон, В.А. Кратасюк, В.Н. Лопатин и др. – М.: Логос, 2002. – 328 с.

3. Экологическая биофизика. Учебное пособие: в 3 т. Под ред. И.и. Гительзона, Н.С. Печуркина. Т.2. Биофизика наземных и водных экосистем / Е.А. Ваганов, А.В. Шашкин, В.И. Харук и др. – М.: Логос, 2002. – 360 с.

Дополнительная литература

4. Баславская С.с. Фотосинтез (избранные главы по физиологии и биохимии процесса) / Изд-во МГУ, 1974.

5. Биофизика фотосинтеза / под ред. А.Б. Рубина. Изд-во Московского университета. 1975. 223 с.

6. Большой практикум по биотехнологии : учебное пособие для студентов вузов по специальности 011600 "Биология" и направлению 510600 "Биология": Рекомендовано СибРУМЦ высшего профессионального образования / отв. ред. Волова Т.Г., кол. авт. КрасГУ, НОЦ "Енисей" , 2005.- 128 с.

7. Е.В.Канаш, Ю.А Осипов. Спектральные характеристики отражения листьев и диагностика физиологического состояния растений // Регулируемая агроэкосистема в растениеводстве и экофизиологии. СПб, ПИЯФ РАН, 2007. - С. 254-270.

8. Ермаков Е.И., Канаш Е.В. Современные проблемы УФ-В радиации в экофизиологии и растениеводстве // Сельскохозяйственная биология. – 2005. - №1. - С. 3-19.

9. Кондратьев К.Я. Каневский В.А., Росс Ю.К, и др. Лазерное дистанционное зондирование растительности. – Л. 1987. – 168.

10. Кондратьев К.Я., Поздняков Д.В, Оптические свойства природных вод и дистанционное зондирование фитопланктона. – Л.: Наука, 1988. – 181 с.

11. Кукушкин А.К., Тихонов А.Н. Лекции по биофизике фотосинтеза растений. – М.: Изд-во МГУ, 1988. – 320 с.

12. Люминесценция растений: Теоретические и практические аспекты / В.А. Веселовский, Т .В. Веселова. –М.: Наука, 1990. – 200 с.

13. Мелещенко С.Н., Радченко С.С. Структурно-функциональная организация засухоустойчивости растений // Регулируемая агроэкосистема в растениеводстве и экофизиологии. СПб, ПИЯФ РАН, 2007. С. 271-288.

14. Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике / Сиренко Л.А., Сакевич А.И., Осипов Л.Ф. и др. – Изд-во «Наукова Думка». Киев, 1975.

15. Организация пигментов фотосинтетических мембран как основа энергообеспечения фотосинтеза / Кочубей С.М. – Киев: Наук. Думка, 1986. – 192 с.

16. Радченко С.С., Лискер И.С., Радченко Н.С. О связи оводненности листьев растений с их отражательной способностью в ближнем инфракрасном спектре излучения // Регулируемая агроэкосистема в растениеводстве и экофизиологии. СПб, ПИЯФ РАН, 2007. С. 300- 310.

17. Тарусов Б.Н., Веселовский В.А. Сверхслабые свечения растений и их прикладное значение. Изд-во Московского университета, 1978. – 151 с.

18. Теоретические основы и методы изучения флуоресценции хлорофилла: Учебное пособие / Гольд В.М., Гаевский Н.А., Григорьев Ю.С. и др. – Красноярск: изд. КГУ, 1984. – 82 с.

19. Хит О. Фотосинтез (физиологические аспекты) / М., Мир, 1972.

20. Шлык А.А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев // Биохимические методы в физиологии растений. М., Наука, 1971. С.154.

21. Brzezinska E., Kozlowska M., Stachowiak J. Response of Three Conifer Species to Enhanced UV-B Radiation; Consequences for Photosynthesis // Polish J. of Environ. Stud. Vol. 15, No. 4 (2006), 531-536.

22. Garty J., Tamir O., Hassid I., Eshel A., Cohen Y., Karnieli A., Orlovsky L. Photosynthesis, chlorophyll Integrity, and spectral reflectance in lichens exposed to air pollution // J. Environ. Qual. 30:884–893 (2001).

23. Gitelson, A.A., U. Gritz, and M.N. Merzlyak. 2003b. Relationships between leaf chlorophyll content and spectral reflectance and algorithms for non-destructive chlorophyll assessment in higher plant leaves // J. Plant Physiol. 160:271–282.

24. Gitelson, A.A., Y.J. Kaufman, R. Stark, and D. Rundquist. 2002. Novel algorithms for remote estimation of vegetation fraction. Remote Sens. Environ. 80:76–87.

25. Saravia L.A. , Giorgi A., Momo F.R. A photographic method for estimating chlorophyll in periphyton on artificial substrata // Aquatic Ecology 33: 325–330, 1999.

Информационные ресурсы

26. WEB сайт компании производителя РАМ – флуориметров (http://www.walz.com).

1 номер ссылки соответствует номеру в списке литературы по программе дисциплины п. 4.1.

2 номер ссылки соответствует номеру в списке литературы по программе дисциплины п. 4.1.

13