практические занятия по физиологии и биохимии растений

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Е.В. Дымина, И.И. Баяндина
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
ПО ФИЗИОЛОГИИ И БИОХИМИИ РАСТЕНИЙ
Допущено Учебно-методическим объединением
вузов Российской Федерации по агрономическому
образованию в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по направлениям
и специальностям агрономического образования
Новосибирск
2010
УДК 581.1 (076.5)
ББК 41.2я7
Д 881
Рецензенты: д-р биол. наук, проф. кафедры
агроэкологии и микробиологии НГАУ Л.Н.Коробова; канд.
биол. наук, доц. кафедры ботаники и экологии ИЕСЭН НГПУ
Л.А.Захарова
Дымина, Е.В. Практические занятия по физиологии
и биохимии растений: Учебное пособие / Е.В. Дымина,
И.И. Баяндина; Новосиб. гос. аграр. ун-т. – Новосибирск,
2010.– 136 с.
Учебное пособие содержит краткие теоретические
пояснения к изучаемым темам курса биохимии и физиологии
сельскохозяйственных растений; лабораторные работы, которые позволяют составить представление о физиологических процессах в растительном организме и
методах их исследований, а также вопросы для подготовки
к сдаче тестов, зачета и экзамена.
Предназначено для студентов сельскохозяйственных вузов, обучающихся по направлениям: «Агрохимия и
агропочвоведение», «Агрономия», «Садоводство».
Утверждено и рекомендовано к изданию методической комиссией Агрономического института (протокол
№4 от 1 марта 2010г.).
© Новосибирский
государственный
аграрный
университет,
2010
ВВЕДЕНИЕ
Физиология растений изучает физиологические
процессы и функции растительных организмов, их
взаимосвязи и зависимость от факторов внешней среды.
Биохимия растений изучает химический состав клетки,
свойства и функции основных классов органических
соединений.
Задачей физиологии сельскохозяйственных растений является получение максимально возможного количества высококачественной продукции растениеводства с
единицы площади.
Лабораторно-практические занятия являются неотъемлемой частью учебного процесса. Проведение экспериментов способствует улучшению понимания отдельных
процессов, протекающих в растительном организме, и
закреплению теоретических знаний. В ходе практических
занятий студенты изучают различные методы проведения
исследований в биохимии и физиологии растений, которыми можно определить физиологическое состояние
растительного организма и количество разнообразных
веществ в нем, оценить селекционный материал, выявить
влияние факторов внешней среды, провести мониторинг
различных функций и процессов. Лабораторные работы учат
студентов работать самостоятельно и в группе, формируют
навыки проведения экспериментов, способность мыслить,
оценивать полученные результаты и делать правильные
выводы.
Для выполнения практических занятий необходимо:
- знать технику безопасности проведения
лабораторных работ;
- подготовить теоретический материал по заданной
теме, используя лекции, учебники и другие пособия;
- прочитать пояснения и ход выполнения задания;
- предварительно разобрать с преподавателем
порядок выполнения работы;
3
- выполнить лабораторную работу;
- оформить результаты в виде таблиц, рисунков,
графиков и сделать соответствующие выводы;
- сдать работу преподавателю.
4
ПРАВИЛА
ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. На первом занятии студенты должны изучить правила
техники безопасности при выполнении лабораторных
работ и расписаться в журнале проведения инструктажа.
2. Запрещается входить в аудиторию в верхней одежде,
шуметь, сорить и загромождать столы вещами.
3. Желательно на практических занятиях надевать белый
халат.
4. Нельзя трогать реактивы и оборудование, которые не
используются в данной лабораторной работе.
5. Нельзя пользоваться лабораторной посудой для питья
и еды.
6. Нельзя нюхать, пробовать на ощупь и вкус химические
реактивы и приготовленные в качестве объектов
исследования биологические материалы.
7. Нельзя пользоваться реактивами без этикеток.
8. Необходимо наливать в бюретки только те реактивы,
для которых они предназначены, согласно этикеткам.
9. Категорически запрещается смешивать реактивы и
пользоваться грязными пипетками.
10.Нельзя набирать щелочи, кислоты, растворители и
другие ядовитые вещества в пипетки ртом, для этого
есть груши, резинки и мерные цилиндры.
11.Все работы с концентрированными кислотами, щелочами
и летучими веществами необходимо проводить в
вытяжном шкафу.
12.Запрещается нагревать растворы в плотно закрытых
сосудах и брать руками горячие колбы и пробирки.
13.Запрещается оставлять без присмотра включенные
электроприборы.
14.В случае попадания кислоты на кожу немедленно
промыть водой и нейтрализовать раствором бикарбоната
натрия.
5
15.В случае попадания щелочи на кожу немедленно
промыть водой и нейтрализовать раствором борной
кислоты.
16.Нельзя пользоваться треснутой и отколотой посудой.
17.При воспламенении горючих веществ тушить их песком,
огнетушителем или противопожарным одеялом. Вызвать
пожарных по телефону 01.
18.Если имеются пострадавшие, вызвать скорую помощь
по телефону 03.
19.По окончании практического занятия сделать уборку на
рабочем месте.
1. БИОХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Клетка
является
основной
структурной
и
функциональной единицей любого живого организма.
В клетке протекают все физиологические процессы.
Химический состав клетки зависит от вида и возраста
растения, от принадлежности к конкретному органу,
ткани, а также от влияния факторов внешней среды. В
растительных организмах содержатся вещества первичного
и вторичного происхождения. К первой группе относятся
основные классы органических соединений, которые
обязательно присутствуют в каждой клетке. Это углеводы,
липиды, белки и нуклеиновые кислоты. Из первичных
веществ построены все структурные элементы клеток. Они
также могут накапливаться в значительных количествах в
качестве запасных питательных веществ. Особое значение
представляют нуклеиновые кислоты, которые хранят и
передают наследственную информацию и регулируют
обмен веществ в клетке, а также белки-ферменты, которые
проводят биохимические реакции. Ко второй группе
относятся разнообразные вещества, которые синтезируются
из первичных. Это фенолы, терпеноиды, органические
кислоты, антибиотики, фитонциды, алкалоиды, эфирные
масла, смолы, гликозиды и др. Вторичные вещества
6
играют огромную роль в жизнедеятельности растительных
организмов. Они придают окраску листьям, цветкам и
плодам. За счет их растения приобретают специфический
аромат и вкус, который может привлекать опылителей или
распространителей семян и отпугивать потенциальных
потребителей.
Вторичные
вещества
способствуют
заживлению механических повреждений и повышению
устойчивости к вредным организмам. Ценность растений и
их отдельных органов для человека зависит от наличия и
количества различных веществ.
РАБОТА 1
Получение растворов моносахаридов, олигосахаридов
и полисахаридов. Изучение их свойств
Вводные пояснения. Углеводы – это самый большой
по абсолютной массе класс органических веществ в
растительных организмах. Их доля в сухой массе отдельных
клеток и растительных волокон может достигать 95% и
более. Углеводы образуются в процессе фотосинтеза и
служат исходным материалом для синтеза других веществ,
а также субстратом дыхания. Они выполняют различные
функции: структурную, запасающую, метаболическую,
транспортную. Углеводы делятся на три основных класса:
моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды – это производные многоатомных
спиртов, имеющие альдегидную или кетонную группу. В
зависимости от группы они разделяются на альдозы и
кетозы. Минимальное количество атомов углерода – три,
максимально возможное количество атомов углерода –
семь. Соответственно и альдозы, и кетозы делятся на триозы,
тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы. Все моносахариды
имеют L- и D-изомеры. В растениях встречаются в основном
D-изомеры. Моносахариды хорошо растворяются в воде,
а значит могут передвигаться по клетке. Большинство
7
из них имеют сладковатый вкус. Моносахариды
окисляются, образуя кислоты, и восстанавливаются,
образуя многоатомные спирты. Со спиртами они образуют
гликозиды, а с фосфорной кислотой - эфиры. Фосфорные
эфиры моносахаридов играют важную роль в биохимических
реакциях. Самыми распространенными моносахаридами
являются глюкоза и фруктоза.
Олигосахариды
состоят
из
нескольких
моносахаридов и делятся на группы в зависимости от
их числа. Соединение моносахаридов происходит с
образованием кислородного мостика и выделением
молекулы воды. В растениях чаще всего встречаются
дисахариды. Основные представители этой группы –
сахароза и мальтоза. Олигосахариды хорошо растворяются
в воде, а сахароза является основной транспортной формой
углеводов.
Полисахариды состоят из многих десятков или
сотен моносахаридов. Они разделяются на две группы в
зависимости от состава. К гомополисахаридам относятся
полисахариды, построенные из одинаковых моносахаридов.
К гетерополисахаридам – из разных. Основными
представителями первой группы являются крахмал и
целлюлоза. Второй – гемицеллюлозы. Полисахариды не
растворяются в воде, поэтому они не могут передвигаться по
клетке. Крахмал является основным запасным веществом
растений, а целлюлоза составляет основу клеточной
оболочки.
Материалы и оборудование: корнеплоды моркови,
раствор сахарозы, крахмал, реактив Фелинга, 10%-й
раствор J2 в КJ, концентрированная соляная кислота, сода,
пробирки, колбы, воронки, фильтры, терка, электроплита,
водяная баня, весы.
8
1.1. Получение раствора моносахарида
глюкозы - С6Н12О6, изучение его свойств
1.1.1. Получение раствора моносахарида
Ход работы. Корнеплод моркови натереть на
терке, 5 г мезги поместить в колбочку, залить 20 мл
дистиллированной воды, кипятить 5 минут и отфильтровать
вытяжку в пробирку. С полученной вытяжкой провести два
опыта.
1.1.2. Реакция Фелинга Это цветная реакция на
определение моносахаридов.
С6Н12О6 + 2 СООК - (СНО)2 - Сu - СООNa + 2Н2О =
глюкоза
жидкость Фелинга
глюконовая кислота
сегнетовая соль
С5Н11О5СООН + Сu2О + 2 СООК - (СНОН)2 - СООNa
Прохождение реакции определяют по выпадению
оранжевого осадка закиси меди.
Ход работы. В пробирку налить 2 мл вытяжки,
добавить 1 мл жидкости Фелинга и кипятить на водяной
бане 3-5 минут. Пробирку зарисовать.
Вывод:
1.1.3. Реакция с йодом
Ход работы. В пробирку налить 2 мл вытяжки,
добавить 1-2 капли раствора йода (10%-го раствора J2 в КJ).
Вывод:
9
1.2. Изучение свойств олигосахарида сахарозы –
С12Н22О11
1.2.1. Реакция Фелинга
Ход работы. Налить в пробирку 2 мл раствора
сахарозы, добавить 1 мл жидкости Фелинга и кипятить 3-5
минут на водяной бане.
Вывод:
1.2.2. Реакция с йодом
Ход работы. В пробирку налить 2 мл раствора
сахарозы, добавить 1-2 капли раствора йода (10%-го
раствора J2 в КJ).
Вывод:
1.2.3. Реакция гидролиза сахарозы
Ход работы. Налить в пробирку 5 мл раствора
сахарозы,
добавить
3
капли
концентрированной
соляной кислоты и кипятить на водяной бане 20 минут.
Нейтрализовать гидролизат содой (Na2CO3), добавив
несколько кристалликов. Написать реакцию гидролиза
сахарозы.
1.2.4. Реакция Фелинга с гидролизатом
Ход работы. Налить в пробирку 2 мл гидролизата,
добавить 1 мл жидкости Фелинга и кипятить 3-5 минут на
водяной бане.
Вывод:
10
1.3. Изучение свойств полисахарида крахмала (С6Н10О5)n
1.3.1. Приготовление крахмального клейстера
Ход работы. 1 г крахмала поместить в колбу, залить
50 мл холодной воды, перемешать и кипятить 5 минут.
1.3.2. Реакция Фелинга
Ход работы. Налить в пробирку 2 мл крахмального
клейстера, добавить 1 мл жидкости Фелинга и кипятить 3-5
минут на водяной бане.
Вывод:
1.3.3. Реакция с йодом
Ход работы. Налить в пробирку 2 мл крахмального
клейстера и добавить 1-2 капли раствора йода (10%-го
раствора J2 в КJ). Пробирку зарисовать.
Вывод:
1.3.4. Реакция гидролиза крахмала
Ход работы. Налить в пробирку 5 мл крахмального
клейстера,
добавить
4
капли
концентрированной
соляной кислоты и кипятить на водяной бане 30 минут.
Нейтрализовать гидролизат содой (Na2CO3), добавив
несколько кристалликов. Написать реакцию гидролиза
крахмала.
11
1.3.5. Реакция Фелинга с гидролизатом
Ход работы. Налить в пробирку 2 мл гидролизата,
добавить 1 мл жидкости Фелинга и кипятить 3-5 минут на
водяной бане.
Вывод:
1.3.6. Реакция гидролизата с йодом
Ход работы. Налить в пробирку 2 мл гидролизата и
добавить несколько капель раствора йода (10%-го раствора
J2 в КJ).
Вывод:
Результаты всех опытов занести в таблицу.
Название
углевода
Формула
Раствори- Реакция
Реакция
мость
с йодом с жидкостью
в воде
Фелинга
Глюкоза
Сахароза
Крахмал
Подпись преподавателя:
12
РАБОТА 2
Получение раствора растительного белка
и изучение его свойств
Вводные пояснения. Белки – это сложные
полимерные соединения, состоящие из аминокислот. В состав белковых молекул входят 20 аминокислот. Синтез белка
(трансляция) происходит на рибосомах. Аминокислоты
соединяются в цепочку посредством пептидной связи
(-СО–NH-). Количество и последовательность соединения
аминокислот записаны в молекуле ДНК. Информация об
этом переносится на рибосому с помощью и-РНК. Аминокислоты транспортируются к рибосоме с помощью т-РНК.
Цепочка из аминокислот представляет собой первичную
структуру белковой молекулы. Вторичная структура
образуется при закручивании ее в спираль с помощью
водородных связей. Третичная структура имеет вид
глобулы, где основную роль играют дисульфидные мостики.
Четвертичная структура – это соединение нескольких
белковых субъединиц. Некоторые аминокислоты, входящие
в состав белка, являются незаменимыми для человека и
животных, особенно те, которые содержат много азота –
лизин, аргинин, триптофан.
Количество белков в растительных организмах
намного меньше, чем углеводов. В зеленых листьях их около
5% сухой массы. Больше всего белков накапливается в
семенах бобовых культур. Самой высокобелковой культурой
является соя. Белки выполняют разнообразные функции
в растительных организмах. Белковые молекулы с водой
образуют коллоиды, которые обеспечивают структурную
вязкость цитоплазмы. Цитоскелет клетки формируется
из белков. Часть белков являются ферментами,
обеспечивающими протекание биохимических реакций.
Существуют белки - переносчики веществ и белкирецепторы. Белки откладываются в запас и защищают
13
растения от инфекций (иммунные). Свои функции белки
могут выполнять только в нативной (третичной или
четвертичной) структуре. Многие неблагоприятные факторы
(температура, рН среды, радиация, тяжелые металлы и их
соли) вызывают разрушение структуры белковой молекулы
до первичной. Этот процесс называется денатурация.
Она бывает обратимая и необратимая. При обратимой
денатурации белковая молекула сворачивается обратно
в нативную структуру, если убрать фактор, вызвавший
денатурацию.
По своему составу белки разделяют на простые
(протеины) и сложные (протеиды). Первые состоят
только из аминокислот, вторые из аминокислот и еще
каких-либо веществ небелковой природы. Протеины
делят на группы в зависимости от их растворимости в
различных растворителях. Альбумины растворяются в
воде. Это в основном ферменты и коллоиды цитоплазмы.
Глобулины растворяются в слабых растворах нейтральных
солей. Это запасные белки семян бобовых культур.
Проламины растворяются в 70%-м этиловом спирте. Это
запасные белки семян зерновых культур. Глютелины
растворяются в слабых щелочах. Протеиды делят на
группы в зависимости от входящего в их состав вещества.
Металлопротеиды содержат металлы. Липопротеиды
– липиды. Хромопротеиды – пигменты. Гликопротеиды
– углеводы. Нуклеопротеиды – нуклеиновые кислоты.
Материалы и оборудование: гороховая мука,
колбы, пробирки, воронки, фильтры, 1%-й раствор
сернокислого аммония, поваренная соль, 20%-й раствор
гидроокиси натрия, 0,1% раствор сернокислой меди,
концентрированные соляная и азотная кислоты, 10%-й
водный раствор аммиака, водяная баня, весы.
2.1. Получение вытяжки белка
Ход работы. В колбу поместить 2 г гороховой
муки и залить 20 мл 10%-го раствора сернокислого
14
аммония, встряхивать 3 минуты и настаивать 30 минут.
Профильтровать в пробирку, предварительно смочив
фильтр раствором сернокислого аммония. В полученной
вытяжке будет находиться белок глобулин. Разлить вытяжку
глобулина в 5 пробирок и проделать с ним следующие
опыты.
2.2. Осаждение глобулина
Ход работы. В пробирку налить 1 мл полученного
раствора, добавить 15 мл воды, встряхнуть. В другую
пробирку налить чистой воды и сравнить их. Обратить
внимание на появление мути в первой пробирке из-за
выпадения белка в осадок. Пробирки зарисовать.
Вывод:
2.3. Осаждение глобулина солью
Ход работы. В пробирку налить 2 мл вытяжки белка
и насыпать ложечкой сухую поваренную соль (примерно
0,5 см на дно пробирки). Встряхнуть пробирку. Когда
концентрация соли достигнет 50%, белок глобулин начнет
выпадать в осадок, и раствор помутнеет. Долить в пробирку
10 мл воды и встряхнуть. Концентрация соли уменьшится, и
белок вновь растворится. Пробирки зарисовать.
Вывод:
15
2.4. Денатурация белка
Ход работы. В пробирку налить 2 мл вытяжки
белка и добавить 3 капли концентрированной соляной
кислоты (или прокипятить 3 минуты на водяной бане).
Белок денатурирует и выпадает в осадок. Чтобы проверить,
какая прошла денатурация: обратимая или необратимая,
– надо добавить в пробирку 5 мл раствора сернокислого
аммония (или охладить пробирку под холодной водой).
Если осадок растворился – денатурация обратимая, если
не растворился – необратимая.
Вывод:
2.5. Биуретовая реакция
Эту цветную реакцию дают все соединения,
содержащие пептидную связь.
Ход работы. В пробирку налить 1 мл вытяжки белка,
добавить 2 мл 20%-го раствора NaОН и взболтать. Затем
прибавить 4-5 капель 0,1%-го раствора сернокислой меди.
Образующийся осадок гидрата окиси меди в присутствии
белка окрашивает раствор в __________________ цвет.
Написать формулу пептидной связи.
Вывод:
2.6. Ксантопротеиновая реакция
Эту цветную реакцию дают аминокислоты – фенилаланин, тирозин и триптофан.
Ход работы. В пробирку налить 2 мл вытяжки белка
и 0,5 мл концентрированной азотной кислоты, нагреть на
водяной бане до кипения. Белок денатурирует и окрашивается в ________________ цвет. Пробирку охладить под
краном с холодной водой. Добавить 1 мл водного раствора
аммиака. Раствор окрасится в _________________ цвет.
16
Вывод:
Подпись преподавателя:
РАБОТА 3
Растительные жиры и их основные свойства
Вводные пояснения. Липиды – это важный компонент любой клетки. Поскольку липиды не растворяются в воде и не могут передвигаться по растению, они синтезируются
в каждой клетке из водорастворимых веществ, а именно из
углеводов. Количество липидов варьирует в зависимости
от вида растительного организма, его органа, возраста и
факторов внешней среды. Сельскохозяйственные культуры,
семена которых содержат большое количество липидов,
называются масличными. Из них получают растительное
масло. Содержание липидов в них колеблется от 25 до
60%. Кроме запасной функции липиды выполняют еще
структурную, энергетическую и защитную.
Все липиды разделяют на неполярные (собственно
жиры), полярные и воска. Собственно жиры ­- это сложные
эфиры глицерина и жирных кислот. В составе растительных
жиров преобладают ненасыщенные жирные кислоты
(олеиновая, линолевая, линоленовая). Из насыщенных
жирных кислот чаще всего встречаются пальмитиновая,
стеариновая, лауриновая. Состав жирных кислот
определяет температуру плавления жира. Чем больше
ненасыщенных жирных кислот входит в состав жира, тем
ниже его температура плавления. При окислении жиров
выделяется большое количество энергии, больше, чем
при окислении углеводов и белков. Именно поэтому они
запасаются в основном в семенах. При распаде жиров
высвобождается также большое количество так называемой
17
метаболической воды.
Полярные липиды – это жиры, у которых одна
жирная кислота заменена на какое-либо гидрофильное
вещество. В этом случае молекула приобретает два полюса:
гидрофобный и гидрофильный. Полярные липиды делят
на группы в зависимости от присоединенного вещества.
Обязательным компонентом растительных клеток являются
фосфолипиды. У них одна жирная кислота заменяется
фосфорной кислотой, а к ней присоединяется еще какоенибудь вещество (холин, серин и другие). Фосфолипиды
составляют основу цитоплазматических мембран. В состав
мембран входят также и гликолипиды, у которых жирная
кислота заменена на моносахарид (галактозу).
Воска – это эфиры одноатомных высокомолекулярных спиртов и высших жирных кислот. Воска – самые
гидрофобные вещества. Они синтезируются в цитоплазме и
накапливаются в клеточных стенках эпидермальных клеток.
Воска могут выступать на поверхность клеток, защищая
растения от высыхания, переувлажнения, проникновения
патогенов и механических повреждений.
Материалы и оборудование: растительное масло,
10%-й раствор гидроокиси натрия, пробирки, пробки,
водяная баня.
3.1. Получение эмульсии. Устойчивость эмульсии
Ход работы. В одну пробирку к 10 мл воды добавить
0,5 мл растительного масла, в другую пробирку к 10 мл
воды добавить 2-3 капли 10%-го раствора NaОН и 0,5 мл
растительного масла. Обе пробирки встряхивать 3 минуты.
Пробирки поставить в штатив и отметить время полного
разделения масла и воды. Результаты занести в таблицу.
18
Время полного
разделения масла
и воды
Вариант
Эмульсия в нейтральной среде
Эмульсия в щелочной среде
Вывод:
3.2. Омыление жиров
Ход работы. В пробирку добавить 1-2 капли
растительного масла, прибавить 2 мл 10%-го раствора
NaОН и нагреть до кипения на водяной бане, периодически
встряхивая.
Напишите реакцию омыления триолеина.
С3Н5(С17Н33СОО)3 + 3 NaОН =
триолеин
Полученные в результате реакции глицерин и
натриевая соль олеиновой кислоты растворимы в воде.
Чтобы в этом убедиться, налить в пробирку воды и
взболтать.
Вывод:
Подпись преподавателя:
19
РАБОТА 4
Гидролиз крахмала амилазой
Вводные пояснения. Все функции растительного
организма определяются набором биохимических реакций в
нем. Скорость прохождения реакций в клетке регулируется
биологическими
катализаторами
–
ферментами.
Ферменты по своему строению бывают однокомпонентные
и двухкомпонентные. Первые состоят только из белка. Они
имеют один или два активных центра. Это та часть молекулы
фермента, куда присоединяется субстрат. Вторые состоят
из белковой части (апофермента) и небелковой - активной
группы (простетической группы или кофермента). В состав
активной группы могут входить металлы (кофакторы).
Если активная группа отделятся от белковой части, она
называется кофермент. Часто в состав двухкомпонентных
ферментов входят витамины. Недостаток того или иного
витамина ведет к снижению количества определенного
фермента и тормозит реакцию, которую он проводит.
Чтобы произошла химическая реакция, молекулы
должны обладать энергией активации и столкнуться.
Энергией активации называется такое количество
энергии, которое необходимо для перевода 1 моля
вещества в активированное состояние. Механизм действия
ферментов заключается в снижении энергии активации
путем образования фермент-субстратного комплекса.
В результате происходит поляризация связей, сдвиг
атомов, взаимная ориентировка молекул. По окончании
реакции фермент освобождается из комплекса и может
взаимодействовать с другими молекулами. Все ферменты
обладают специфичностью к субстрату. Специфичность
бывает
абсолютная,
когда
фермент
способен
катализировать одну конкретную реакцию; групповая,
когда фермент способен катализировать группу сходных
реакций, и стереохимическая, когда фермент способен
20
катализировать реакцию с одним стереоизомером.
Согласно международной классификации, все
ферменты разделили на шесть классов:
1. Оксидоредуктазы катализируют реакции окисления и
восстановления.
2. Трансферазы катализируют перенос групп атомов
между молекулами.
3. Гидролазы
катализируют
реакции
гидролиза
(расщепление сложных веществ до простых с участием
воды).
4. Лиазы катализируют отщепление от субстрата
групп атомов с образованием двойной связи или
присоединение групп атомов по месту двойной связи.
5. Изомеразы катализируют превращения изомеров
(перекомпоновку атомов внутри молекулы).
6. Лигазы (синтетазы) катализируют реакции синтеза с
затратами энергии.
Скорость ферментативной реакции зависит от многих
факторов. Каждый фермент имеет свой оптимум рН среды.
Зависимость скорости реакции от температуры выражается
одновершинной кривой. При повышении температуры до
50…550С активность ферментов возрастает, а при более
высокой температуре начинается процесс денатурации
белка. Скорость ферментативной реакции зависит
от количества фермента и субстрата. На активность
ферментов влияют активаторы и ингибиторы. Первые
ускоряют реакцию, вторые замедляют или прекращают
вовсе. Активаторами могут являться ионы металлов,
гормоны. Ингибиторы присоединяются к ферменту вместо
субстрата, инактивируя его.
Ферменты
класса
гидролаз,
расщепляющие
сложные органические вещества, в больших количествах
синтезируются в прорастающих семенах. Они переводят
запасные вещества в водорастворимые компоненты,
способные передвигаться в растущий проросток. У зерновых
культур главным запасным веществом является крахмал.
21
Поэтому при прорастании семян пшеницы, ячменя и других
образуется много фермента амилазы. Амилаза проводит
гидролиз крахмала до глюкозы, которая используется на
рост и развитие проростка.
Материалы и оборудование: проросшие семена
пшеницы, крахмальный клейстер, 10%-й раствор J2 в КJ,
фарфоровая ступка, весы, колбы, пробирки, пипетки,
водяная баня.
4.1. Получение вытяжки амилазы
Ход работы. 2 г проросших семян пшеницы
растереть в фарфоровой ступке, залить 15 мл теплой
воды (35оС). Настоять 30 минут, затем профильтровать в
пробирку. В вытяжке будет находиться фермент амилаза.
йода
4.2. Приготовление слабого водного раствора
Ход работы. В колбу налить 100 мл воды и добавить
25-35 капель раствора йода (10%-го раствора J2 в КJ).
Приготовленный раствор разлить по 5 мл на 18 пробирок.
4.3. Гидролиз крахмала амилазой
Ход работы. В две пробирки налить по 5 мл 2%-го
крахмального клейстера и добавить по 1 мл вытяжки амилазы, встряхнуть и записать в таблицы время начала опыта.
Одну пробирку поставить на водяную баню, нагретую до
50…55оС, другую в штатив при комнатной температуре. Из
первой пробирки (стоящей на водяной бане) через каждые 5
минут брать пипеткой 1-2 капли гидролизующегося клейстера
(пробу) и капать в первый ряд пробирок с раствором йода.
Записывать в таблицу получившуюся окраску раствора. Из
второй пробирки, находящейся в штативе при комнатной
температуре, пробы брать через каждые 20 минут. Капать
гидролизующийся крахмал во второй ряд пробирок с
раствором йода и отмечать полученный цвет в таблице.
22
Время начала
опыта:
Интервал времени
взятия проб от начала
опыта
Гидролиз крахмала
при t 50…550С
окраска
раствора
Через 5 мин
Через 10 мин
Через 15 мин
Через 20 мин
Через 25 мин
Через 30 мин
Через 35 мин
Через 40 мин
Через 45 мин
Через 50 мин
Через 55 мин
Через 1 час
23
отметить
время полного
гидролиза
Время начала
опыта:
Гидролиз крахмала при
комнатной температуре
Интервал времени
взятия проб от начала
опыта
окраска
раствора
отметить
время
полного
гидролиза
Через 20 мин
Через 40 мин
Через 1 час
Через 80 мин
Через 100 мин
Через 2 часа
Гидролиз считают прошедшим, если при добавлении
капли крахмала цвет раствора йода в пробирке не меняется.
Окончание гидролиза проверяют реакцией Фелинга (к 2
мл гидролизующегося клейстера добавить 1 мл жидкости
Фелинга и кипятить на водяной бане 3-5 минут). Отметить
время полного гидролиза крахмала при комнатной
температуре и при 50…55оС.
Вывод:
Подпись преподавателя:
24
РАБОТА 5
Обнаружение дубильных веществ в тканях растений
Вводные пояснения. Фенольные соединения
растений имеют в составе молекулы бензольное кольцо
с одной или несколькими гидроксильными группами.
Они играют важную роль в устойчивости растений к
неблагоприятным факторам. Это связано с их способностью
к окислительно-восстановительным реакциям, в ходе
которых устраняются токсичные для растений соединения.
Фенолы разделяются на мономерные и полимерные.
Ко вторым относятся дубильные вещества, лигнин и
меланины. Дубильные вещества растений (танины)
способны образовывать прочные связи с белками и
другими макромолекулами. Это их свойство используется
при дублении шкур. Качественное определение дубильных
веществ основано на их способности давать окрашенные
соединения с солями железа.
Материалы и оборудование: листья дуба, кора
ивы, сосны, ели, лиственницы, акации, тополя, березы.
Листья кукурузы, суккулентов, традесканции, хлорофитума.
Фарфоровые чашки, пробирки, пипетки, водяная баня,
бритвочки, стеклянные палочки, 1%-й раствор хлорного
железа FeCl3.
5.1. Обнаружение дубильных веществ в коре
растений
Ход работы. Кусочек коры растения величиной
с горошину помещают в пробирку. Наливают 5 мл воды и
кипятят на водяной бане 10 минут. Добавляют в пробирку
1-2 капли хлорного железа. Отмечают изменение окраски
в таблице.
25
5.2. Обнаружение дубильных веществ в клеточном соке листьев растений
Ход работы. Из листьев растения выжимают
1-2 капли сока в фарфоровую чашку. Добавляют каплю
хлорного железа. Отмечают изменение окраски в таблице.
5.3. Обнаружение дубильных веществ в листьях
растений
Ход работы. На свежий срез ткани листа наносят
каплю хлористого железа. Отмечают изменение окраски в
таблице.
Вариант
(название
растения)
Цвет и интенсивность окрашивания
(+ - слабая, ++ - средняя, +++ - сильная)
кора
клеточный сок
Вывод:
Подпись преподавателя:
26
ткань
листа
РАБОТА 6
Обнаружение алкалоидов в тканях растений
Вводные
пояснения.
Алкалоиды
–
это
азотсодержащие
гетероциклические
соединения
и
физиологически активные вещества. По химической сути
они являются органическими основаниями и с кислотами
дают соли. В свободном виде алкалоиды не растворимы в
воде, поэтому они чаще встречаются в виде солей яблочной,
лимонной, винной и других кислот, хорошо растворимых в
воде.
Большинство алкалоидов являются ядами для
животных и человека, так как они действуют на нервную
систему: в малых дозах возбуждающе, в больших угнетающе. Многие из них используются в медицине.
Например, кокаин как обезболивающее. Он действует
на чувствительные окончания периферической нервной
системы. Морфин – на ЦНС, вызывая сон. Атропин – на
моторные нервы глаза, расширяя зрачки.
Содержание алкалоидов в растении зависит от
вида, возраста и условий произрастания. Алкалоиды
накапливаются в различных частях растений. Хинин – в
коре хинного дерева. Никотин, анабазин и норникотин – в
листьях табака. Морфин – в млечном соке опийного мака.
Кофеин – в зернах кофе и листьях чая. Теобромин – в бобах
какао. Алкалоиды участвуют в азотном обмене растений и
окислительно-восстановительных процессах.
Качественное обнаружение алкалоидов проводят
раствором йода в KJ. Образовавшиеся нерастворимые
соединения образуют осадок шоколадно-бурого цвета. Для
обнаружения алкалоидов используют сок живых листьев
или вытяжку из сухих.
Материалы и оборудование: люпин многолетний,
белена черная, дурман обыкновенный, термопсис
обыкновенный, акация, береза, традесканция, хлорофитум.
27
Фарфоровые чашки, пробирки, пипетки, водяная баня,
бритвочки, стеклянные палочки, 1%-й раствор J2 в КJ,
1%-я уксусная кислота.
6.1. Обнаружение алкалоидов в листьях растений
Ход работы. Навеску сухой травы 0,2 г растирают в
ступке, добавляя по каплям 5 мл 1%-ой уксусной кислоты.
Полученную смесь фильтруют в пробирку. Берут пробирку
с 10 каплями фильтрата и добавляют в нее 2 капли 1%-го
раствора J2 в КJ. Отмечают выпадение шоколадно-бурого
осадка. Данные заносят в таблицу.
6.2. Обнаружение алкалоидов в клеточном соке
листьев растений
Ход работы. Из листьев растения выжимают 1-2
капли сока в фарфоровую чашку. Добавляют каплю 1%-го
раствора J2 в КJ. Отмечают изменение окраски в таблице.
Вариант (название
растения)
Интенсивность окрашивания
(выпадения осадка)
нет
слабая
28
средняя
сильная
Вывод:
Подпись преподавателя:
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ
по разделу «Биохимия растительной клетки»
1. Моносахариды, их строение и свойства.
2. Олигосахариды, их строение и свойства.
3. Полисахариды, их строение и свойства.
4. Функции углеводов в растениях.
5. Состав и строение липидов.
6. Функции липидов в растениях.
7. Полярные и неполярные липиды, воска.
8. Нуклеотиды. Макроэргические соединения.
9. ДНК, строение и функции.
10.РНК, основные классы, строение и функции.
11.Аминокислоты, строение и свойства.
12.Классификация аминокислот.
13.Строение белковой молекулы.
14.Свойства и функции белков в растениях.
15.Классификации белков.
16.Ферменты и механизм их действия.
17.Классификация ферментов.
18.Зависимость активности ферментов от разных факторов.
19.Окислительно-восстановительные коферменты.
20.Коферменты переноса групп.
21.Жирорастворимые витамины.
22.Водорастворимые витамины.
23.Вторичные соединения, их функции.
24.Терпеноиды.
25.Алкалоиды.
26.Фенольные соединения.
29
ВОПРОСЫ К ПЕРВОМУ КОЛЛОКВИУМУ ПО
БИОХИМИИ
(для агроэкологов)
1. Моносахариды, их строение и свойства.
2. Олигосахариды, их строение и свойства.
3. Полисахариды, их строение и свойства.
4. Функции углеводов в растениях.
5. Состав и строение липидов.
6. Функции липидов в растениях.
7. Полярные и неполярные липиды, воска.
8. Нуклеотиды. Макроэргические соединения.
9. ДНК, строение и функции.
10.РНК, основные классы, строение и функции.
11.Аминокислоты, строение и своиства.
12.Классификация аминокислот.
13.Строение белковой молекулы.
14.Свойства и функции белков в растениях.
15.Классификации белков.
16.Ферменты и механизм их действия.
17.Классификация ферментов.
18.Зависимость активности ферментов от разных факторов.
19.Окислительно-восстановительные коферменты.
20.Коферменты переноса групп.
21.Жирорастворимые витамины.
22.Водорастворимые витамины.
ВОПРОСЫ КО ВТОРОМУ КОЛЛОКВИУМУ ПО
БИОХИМИИ
(для агроэкологов)
1.
2.
3.
4.
Вторичные соединения, их функции.
Терпеноиды.
Алкалоиды.
Фенольные соединения.
30
5. Обмен веществ и энергии. Метаболизм, катаболизм и
анаболизм.
6. Распад олиго– и полисахаридов. Гликолиз.
7. Цикл Кребса.
8. Пентозофосфатный путь.
9. Цикл Кальвина.
10.Распад липидов.
11.Превращение липидов в углеводы в глиоксилатном
цикле.
12.Образование липидов.
13.Распад белков.
14.Синтез белка.
15.Углеводы, белки, липиды и витамины зерновых злаков.
16.Белки, углеводы, липиды и витамины зернобобовых
культур.
17.Липиды, белки и витамины масличных культур.
18.Углеводы, белки и витамины корнеплодов.
19.Углеводы, белки, органические кислоты, липиды и
витамины картофеля.
20.Углеводы, белки, органические кислоты и витамины
овощных культур.
21.Углеводы, белки, органические кислоты и витамины
плодово–ягодных культур.
Рекомендуемая литература
1. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений/
под ред. проф. Н.Н. Третьякова. – М.: Колос, 2005.
2. Дымина Е.В., Баяндина И.И. Тестовые задания для
компьютерного контроля знаний студентов по курсу
«Физиология и биохимия растений»: учеб.-метод. пособие/
НГАУ. – Новосибирск, 2008.
3. Плешков Б.П. Биохимия сельскохозяйственных растений.
– 5-е изд. – М.: Агропромиздат, 1987.
4. Кретович В.Л. Биохимия растений. – М.,1986.
5. Кольман Я. Наглядная биохимия; пер. с нем./Я. Кольман,
К.-Г. Рем. – М., 2000.
31
6. Рейвн П. И. др. Современная ботаника; пер. с англ. – М.,
1990.
7. Ленинжер А. Биохимия; пер. с англ. – М., 1976.
8. Кнорре Д.К. Биологическая химия/ Д.К. Кнорре, С.Д.
Мызина. – М., 2000.
9. Гудвин Т. Введение в биохимию растений/Т. Гудвин,
Э.Мерсер. – М.: Мир,1996.
10. Бохински Р. Современные воззрения в биохимии. – М.:
Мир,1987.
2. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Клетка является элементарной структурной и
функциональной единицей живого организма. Существуют
одноклеточные растительные организмы, состоящие
их одной клетки (некоторые водоросли, грибы), и многоклеточные, состоящие из комплексов клеток (цветковые
растения). Величина и формы клеток очень разнообразны.
Это зависит от вида растений и от их месторасположения.
Растительные клетки, в отличие от животных, имеют ряд
особенностей.
Первым отличием является наличие системы
пластид. В растительных клетках существуют хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Хлоропласты содержат
хлорофилл, который способен поглощать энергию солнца
и преобразовывать ее в химическую энергию углеводов.
Только растения могут осуществлять фотосинтез.
Вторым отличием является клеточная оболочка.
Основу клеточной оболочки составляют микрофибриллы
целлюлозы. Они скрепляются между собой гемицеллюлозами и пектиновыми веществами. Клеточная оболочка
выполняет ряд важных функций. Это защита от факторов
внешней среды, придание пространственного расположения
органам, транспорт воды и веществ, запас веществ.
Клеточная оболочка начинает формироваться сразу после
32
деления ядра. Со временем в ней могут откладываться
лигнин, суберин и кутин. Клеточная оболочка пронизана
цитоплазматическими нитями – плазмодесмами. Они
соединяют протопласты соседних клеток, обеспечивая их
взаимодействие.
Третьим отличием является большая центральная
вакуоль. У сформировавшихся клеток вакуоль может занимать около 80% объема клетки. Основной ее функцией
является регуляция водного обмена. А также она хранит
вещества, временно не востребованные, и защищает от
токсичных веществ, разлагая их.
Структурную
основу
клетки
составляют
цитоплазматические
мембраны.
Они
имеют
жидкокристаллическую структуру. Основу мембраны
составляют два слоя фосфолипидов, обращенных друг к
другу гидрофобными концами. Обязательный компонент
мембраны – белки. По расположению относительно
липидных слоев они разделяются на три группы.
Периферические белки расположены на поверхности
мембраны. Они выполняют ферментативную, структурную
и рецепторную функции. Полуинтегральные белки
погружены в липидный слой. Интегральные белки
пронизывают мембрану насквозь.
Главный органоид клетки – ядро. Оно окружено
двойной мембраной с порами. В ядре имеются ядрышки,
молекулы ДНК, РНК и большое количество ферментов.
Функции ядра – передача наследственной информации и
регуляция обмена веществ в клетке. С ядерной мембраной
связана эндоплазматическая сеть (ЭПС). Основной ее
функцией является транспорт веществ и передача сигналов.
На ее поверхности могут располагаться рибосомы, которые
осуществляют синтез белков. Это органоиды, которые не
имеют мембраны. В ЭПС синтезируются также липиды и
вещества вторичного происхождения. Аппарат Гольджи
выполняет секреторную функцию и снабжает строительным
материалом клеточную оболочку. Митохондрии –
33
это энергетические центры клетки. В них происходит
окисление органических веществ и синтез молекул АТФ.
В сферосомах идет синтез липидов, в пероксисомах
процесс фотодыхания, глиоксисомах – глиоксилатный
цикл.
Общая характеристика растительной клетки
Структура
Функция
Состав
1
2
3
Ядро
Центр управления
процессами в клетке,
хранение и передача
генетической информации
Две мембраны
с порами, ДНК и
белки (гистоны)
Рибосомы
Синтез белка
РНК и белки
Эндоплазматический
ретикулум
Делит цитоплазму на
компартменты, место
синтеза белков и липидов,
транспорт веществ
Мембраны
Аппарат Гольджи
Секреция веществ,
синтез полисахаридов,
присоединение углеводов к
липидам и белкам
Мембраны
Митохондрии
Дыхание, синтез АТФ
Две мембраны,
белки, ДНК,
рибосомы
Запасание крахмала,
терпеноидов, каротиноидов
Две мембраны,
ДНК, белки,
рибосомы,
запасаемые
вещества
Фотосинтез, синтез
веществ
Две мембраны,
ДНК, белки,
рибосомы,
хлорофилл,
крахмал
Пластиды
(пропластиды,
амилопласты,
лейкопласты,
хромопласты)
Хлоропласты
34
1
2
3
Микротельца
(пероксисомы,
глиоксисомы)
Окислительные
реакции, фотодыхание,
глиоксилатный цикл
Мембрана,
белки, фермент
каталаза
Вакуоли
Осмотическая функция,
хранение конечных
продуктов обмена, функции
лизосом (переваривание
структур и молекул,
отслуживших свой срок)
Мембрана, вода,
минеральные
соли, сахара,
пигменты,
органические
кислоты,
ферменты
гидролиза
Сферосомы
(липидные тела)
Запасание липидов
Мембрана,
липиды,
ферменты липаза
и эстераза
Цитоскелет
(микротрубочки
и микрофиламенты)
Внутренний скелет клетки,
внутриклеточное движение
Белок
Цитозоль
Связь органелл
Вода,
минеральные
и органические
вещества
Клеточная стенка
Механическая опора и
защита клетки, запас и
транспорт воды
Целлюлоза,
гемицеллюлоза,
пектины
35
РАБОТА 7
Окрашивание живых и мертвых клеток нейтральным
красным
Вводные пояснения. Цитоплазматические мембраны обладают свойством полупроницаемости. Различные
вещества проникают в клетки и могут накапливаться в
определенных органоидах. Если поступившее вещество
токсично для клетки, то чаще всего оно транспортируется
в вакуоль, где ферменты разлагают его до нетоксичных
компонентов. Если клетка нежизнеспособна, то вещество
распределяется по всему объему клетки. Это можно
пронаблюдать, сравнивая различия в окрашивании клеток
эпидермиса лука нейтральным красным.
Материалы и оборудование: репчатый лук без
антоциана, 0,001%-й раствор нейтрального красного,
предметные и покровные стекла, микроскопы, фарфоровые
чашки.
Ход работы. В фарфоровую чашечку налить 1-2
мл 0,001%-го раствора нейтрального красного. С вогнутой
поверхности чешуи лука снять 2-3 маленьких кусочка
эпидермиса и положить в краситель. Через 15 минут
промыть чистой водой, на предметное стекло поместить
эпидермис в капле воды, рассмотреть под микроскопом и
зарисовать.
Живые клетки, накопившие
краску в вакуолях
Мертвые клетки с окрашеными
ядром и цитоплазмой
36
Вывод:
Подпись преподавателя:
РАБОТА 8
Сравнение проницаемости мембран живых и мертвых
клеток для клеточного сока
Вводные пояснения. Цитоплазматические мембраны играют важную роль в жизнедеятельности клетки.
Основное свойство мембран – это полупроницаемость. Они
легко пропускают воду и избирательно – другие вещества.
Клеточным соком называется содержимое вакуоли. При
нормальных условиях клеточный сок никогда не выходит
в наружный раствор. Этому препятствуют мембрана,
окружающая саму вакуоль (тонопласт), цитоплазма
и внешняя мембрана клетки – плазмалемма. Если
цитоплазматические мембраны повреждаются какимилибо факторами, то они теряют свои свойства и начинают
пропускать клеточный сок в наружный раствор. В этом
можно убедиться, проведя следующий опыт.
Материалы и оборудование: корнеплод красной
столовой свеклы, сверло, стеклянные палочки, пробирки,
вода, 30%-я уксусная кислота, бритвочки.
Ход работы. Из корнеплода красной столовой
свеклы вырезать сверлом цилиндр, из которого нарезать
три одинаковых кусочка толщиной 1 см. Кусочки тщательно
промыть водопроводной водой, чтобы удалить клеточный
сок с поверхности разрезанных клеток, и поместить в три
пробирки. В первую пробирку налить 5 мл 30%-го раствора
уксусной кислоты, во вторую и третью - столько же воды.
Первую и вторую пробирки поставить в штатив, а третью
кипятить 5 минут на водяной бане. Сравнить интенсивность
37
окраски содержимого трех пробирок и сделать вывод о
причинах этих различий. Результаты наблюдений занести
в таблицу.
Вариант
опыта
Окраска
жидкости
Проницаемость
мембраны
Уксусная
кислота
Вода
(кипячение)
Вода
(контроль)
Вывод:
Подпись преподавателя:
РАБОТА 9
Обнаружение тонопласта по де Фризу
Вводные пояснения. Тонопласт – это мембрана,
которая окружает вакуоль. Клетки меристемы очень мелкие,
они все время делятся и не имеют вакуолей. Только после
выхода клетки из меристематической зоны в ней начинают
формироваться вакуоли. Вначале их много и они мелкие.
Вакуоли интенсивно поглощают воду, сливаются в одну или
две больших, тем самым растягивая клетку изнутри. Размер
38
клетки за счет растяжения вакуолями может увеличиться в
100 раз. Этот процесс имеет важное значение при росте
корней и выходе на поверхность почвы проростков.
Вакуоли
выполняют
следующие
функции:
регулируют водный обмен, хранят временно ненужные или
находящиеся в избытке вещества, разлагают ядовитые
для клетки вещества. Содержимое вакуоли на 90% и более
состоит из воды, остальное – это минеральные вещества
и ионы, ферменты, органические кислоты, пигменты,
фенолы, терпеноиды, алкалоиды. Из ионов больше всего
в клеточном соке катионов калия. Именно они являются
осмотически деятельными и регулируют водный обмен
вакуоли и всей клетки. Ферменты, содержащиеся в вакуоли,
разлагают токсичные вещества, выполняя защитную
функцию. Вакуоли можно наблюдать в клетках эпидермиса
лука. Для этого их окрашивают эозином и помещают в
раствор соли.
Материалы и оборудование: репчатый лук без
антоциана, 1 М раствор азотнокислого калия с эозином,
предметные и покровные стекла, микроскоп, бритвочки.
Ход работы. На предметное стекло капнуть
молярный раствор азотнокислого калия с эозином. В
каплю положить кусочек эпидермиса, снятого с вогнутой
стороны мясистой чешуи лука без антоциана. Через 3
минуты препарат рассмотреть под микроскопом. Под
действием соли происходит сокращение размеров вакуоли.
Вакуоль остается неокрашенной. Ядро окрашивается в
темно-розовый цвет, а цитоплазма – в светло-розовый.
Наблюдения зарисовать.
Подпись преподавателя:
39
3. ВОДООБМЕН РАСТЕНИЙ
Водный обмен растений - это совокупность
процессов поглощения, усвоения и выделения воды
растениями. В жизни растений, как всех других живых
организмов, воде принадлежит исключительная роль.
Жизнь зародилась в воде, развилась в воде и возможна
лишь при ее участии.
Функции воды в растении:
1. Вода является растворителем газов, минеральных и
органических веществ.
2. Вода является средой для набухания коллоидов,
обеспечивает структуру коллоидов цитоплазмы, форму
и активность ферментов, мембран и органелл клетки.
3. Вода является необходимым компонентом в некоторых
биохимических
реакциях
(фотосинтез,
дыхание,
гидролиз).
4. Вода является средством транспорта для растворенных
веществ и обеспечивает связь органов друг с другом.
5. Вода является средством для регуляции температуры.
6. Вода обеспечивает тургор (насыщенность клеток водой),
сохранение формы растений, ориентацию органов в
пространстве, определяет рост клеток растяжением.
Молекула воды имеет форму тетраэдра, в центре
которого расположен атом кислорода. Две вершины тетраэдра заняты атомами водорода, а остальные две – свободными электронными парами кислорода. Атомы водорода
несут частичный положительный заряд, а атом кислорода
– частичный отрицательный заряд, то есть молекула воды
представляет собой электрический диполь. Молекулы
воды взаимно притягиваются и образуют водородные
связи. Часто образуются тетраэдрические структуры,
называемые кластеры. В виде кластеров находится
около двух третей воды. При понижении температуры
доля
кластеров
возрастает.
Структурированностью
объясняются аномальные физико-химические свойства
40
воды: высокие температуры плавления и кипения, сжатие
при плавлении, высокая теплоемкость. Для водообмена
растений имеют важное значение такие свойства воды, как
высокое поверхностное натяжение, адгезия и когезия. Вода
обладает высоким поверхностным натяжением, только
ртуть обладает более высоким сцеплением молекул. Вода
обладает также свойством адгезии (прилипания), которое
обнаруживается при ее подъеме против гравитационных
сил. Вода поднимается по капиллярным каналам в почве
и движется в ксилеме растений благодаря поверхностному
натяжению и адгезии. Вода обладает свойством когезии
(сцепления). У воды велика прочность на разрыв и она
способна предотвратить разделение ее молекул под
действием натяжения, необходимого для подъема воды по
ксилеме высокого дерева.
В клетках и тканях различают две формы воды –
свободную и связанную. Связанную воду подразделяют
на связанную осмотически, коллоидно связанную и
капиллярно связанную, которая находится в клеточных
стенках и сосудах проводящей системы.
В цитоплазме содержание воды может достигать
95% от массы цитоплазмы. Первое место по концентрации
воды в клетке (около 98%) занимает вакуоль. Вакуолярный
сок можно рассматривать как раствор, удерживающий
воду осмотически из-за избирательной проницаемости
тонопласта.
РАБОТА 10
Плазмолиз и деплазмолиз
Вводные
пояснения.
Растительная
клетка
представляет собой осмотическую систему. Осмотически
деятельным раствором является клеточный сок – содержимое вакуоли. По отношению к клетке внешние растворы
разделяются на гипертонические, гипотонические и
41
изотонические. Гипотоническим является такой раствор,
концентрация которого ниже, чем концентрация в клетке.
Согласно закону осмоса, такой раствор имеет меньшее
осмотическое давление, а значит, вода будет поступать
из раствора в клетку. Изотоническим является такой
раствор, концентрация которого равна концентрации в
клетке. Его осмотическое давление равно осмотическому
давлению клеточного сока, и движение воды не происходит.
Гипертоническим является такой раствор, концентрация
которого выше, чем концентрация в клетке. Такой раствор
имеет осмотическое давление большее, чем осмотическое
давление в клетке, а значит, вода будет выходить из клетки.
Обезвоживание клетки приводит к сокращению вначале
вакуоли, а затем и всего протопласта. Сжимаясь, протопласт
начинает отходить от клеточной оболочки.
Явление отхождения протопласта от клеточной
оболочки в результате обезвоживания клетки называется
плазмолиз. Наблюдаются различные формы плазмолиза:
вогнутый, выпуклый и судорожный. Форма и скорость
плазмолиза зависят главным образом от состояния клетки и
внешних условий, которые влияют на вязкость цитоплазмы.
Явление плазмолиза в природе наблюдается в условиях
недостаточного увлажнения – засухи. В лабораторных
условиях плазмолиз можно вызвать искусственно, поместив
клетки в раствор соли. Для наглядности надо брать ткани с
окрашенным протопластом или использовать красители.
Материалы и оборудование:
репчатый лук
с антоциановой окраской эпидермиса, предметные и
покровные стекла, пипетки, фильтровальная бумага, 1 М
раствор NaCl, вода, микроскопы.
Ход работы. С выпуклой стороны мясистой чешуи
лука с антоцианом снять кусочек эпидермиса и положить
в каплю воды на предметное стекло. Препарат накрыть
покровным стеклом и рассмотреть под микроскопом
окрашенные антоцианом клетки эпидермиса. Затем с
одной стороны покровного стекла отсосать воду кусочком
42
фильтровальной бумаги, с другой стороны покровного
стекла нанести 2-3 капли 1 М раствора поваренной соли.
Наблюдать за изменениями, происходящими в клетках.
Затем аналогично заменить раствор соли водой.
После замены гипертонического раствора на воду
(гипотонический раствор) вода начинает поступать внутрь
клетки. Объем протопласта при этом увеличивается,
и протопласт вновь заполняет весь объем клеточной
оболочки, то есть происходит деплазмолиз. Наблюдения
зарисовать.
Подпись преподавателя:
РАБОТА 11
Определение осмотического потенциала клеточного
сока плазмолитическим методом де Фриза
Вводные пояснения. В настоящее время,
рассматривая
осмотические
явления,
пользуются
термодинамическими понятиями, в частности химическим
потенциалом. Химический потенциал воды называют
водным потенциалом Y (пси). Водный потенциал – это
сила, с которой вода поступает в клетку. Водный потенциал
– это мера свободной энергии молекул воды в системе, или
способность воды покидать систему. Молекулы воды всегда
движутся по градиенту водного потенциала (от большего
43
значения к меньшему). Наивысшая величина водного
потенциала у химически чистой воды и она принята за нуль,
поэтому потенциал любого раствора имеет отрицательное
значение. Водный потенциал измеряется в единицах
давления (атмосферы, бары, паскали), так как он имеет
размерность энергии, деленной на объем, что совпадает
с размерностью давления. Водный потенциал зависит
от осмотического потенциала (Yp), гидростатического
потенциала давления (YR), матричного потенциала (YM) и
гравитационного потенциала (YG).
Y = Yp +YR +YM+ YG
Осмотический потенциал определяется присутствием растворенных веществ, снижающих водный потенциал, он всегда величина отрицательная. Вант-Гофф показал, что осмотические законы соответствуют газовым законам Бойля-Мариотта, и что осмотический потенциал
описывается уравнением Вант-Гоффа:
Yp = - i C RT,
где i – изотонический коэффициент; C – концентрация
раствора в молях; R – газовая постоянная; T – абсолютная
температура.
YR – гидростатический потенциал или потенциал
давления – это доля, вносимая тургорным давлением
и противодавлением клеточных стенок. Он может быть
равным нулю или принимать положительные значения.
YM – матричный потенциал характеризует снижение
активности воды за счет гидратации коллоидных веществ.
Матричный потенциал всегда величина отрицательная.
Матричное связывание воды называется набухание. Оно
сопровождается увеличением объема. В некоторых частях
растения поглощение воды происходит только путем
набухания: семена и меристематические ткани, у которых
еще небольшие вакуоли. Особенно сильным набуханием
отличаются семена бобовых культур.
YG – гравитационный потенциал отражает влияние
44
на активность воды силы тяжести, при подъеме на 10
м увеличивается на 0,1 МПа. Обычно гравитационный
потенциал не учитывается.
Плазмолитический метод де Фриза основан
на подборе наружного раствора, который является
изотоническим по отношению к клеткам растительной
ткани. Осмотический потенциал этого раствора равен
осмотическому потенциалу клеток. Гидростатический
потенциал или потенциал давления в клетках, помещенных
в этот раствор, равен нулю, поскольку они находятся в
состоянии, предшествующем плазмолизу. Матричный
потенциал и гравитационный потенциал также равны
нулю, поэтому водный потенциал равен осмотическому
потенциалу: Y = Yp.
Материалы и оборудование: репчатый лук с
антоциановой окраской эпидермиса, пробирки, стеклянные
палочки, предметные и покровные стекла, пипетки, 1М
раствор NaCl, вода, микроскопы.
Ход работы. Из молярного раствора поваренной
соли приготовить 10 растворов убывающей концентрации
через 0,1 М. Растворы готовить согласно таблице, отмеряя
жидкости через бюретки. С выпуклой стороны мясистой
чешуи лука снять маленькие кусочки эпидермиса и с
помощью стеклянной палочки поместить по два в каждую
пробирку. Через 30 минут рассмотреть клетки эпидермиса
под микроскопом в капле раствора соответствующей
концентрации. Определить степень плазмолиза и занести
данные в таблицу.
45
Объемное
соотношение
в пробирке, мл
1 М NaCl
H 2O
Изотонический
коэффициент, i
1,0
10
0
1,62
0,9
9
1
1,63
0,8
8
2
1,64
0,7
7
3
1,66
0,6
6
4
1,68
0,5
5
5
1,70
0,4
4
6
1,73
0,3
3
7
1,75
0,2
2
8
1,78
0,1
1
9
1,83
Концентрация
раствора
(С), М
Степень
плазмолиза
Найти такие два соседних по концентрации раствора,
в одном из которых есть плазмолиз, а в другом плазмолиза
нет. Первый раствор будет гипертоническим по отношению
к раствору внутри клеток, а второй – гипотоническим.
Изотоническим является раствор, концентрация которого
равна средней арифметической между концентрациями
этих двух растворов. Изотоническая концентрация равна
С =(Сгипертон.+Сгипотон.):2 = ____ М. Осмотический потенциал
46
вычисляют по формуле
Y = – I · C · R · T,
где
Y - осмотический потенциал (в атмосферах);
i - изотонический коэффициент (изотонический
коэффициент определяют так же как изотоническую
концентрацию);
R = 0,0821 (л·атм)/(град·моль) - газовая постоянная;
T = toC +273 - температура воздуха в Кельвинах
o
(t C – это температура в комнате).
Расчёт: Y =
Подпись преподавателя:
РАБОТА 12
Определение сосущей силы ткани по изменению
концентрации внешнего раствора методом Шардакова
Вводные пояснения. Водный потенциал определяет
сосущую силу клетки: S = –Y.
S=p–P
Сосущая сила S –это сила, с которой вода поступает
в клетку. Величина S определяется осмотическим давлением
клеточного сока p и тургорным (гидростатическим)
давлением в клетке P, которое равно противодавлению
клеточной стенки. В условиях разной оводненности
соотношения между компонентами уравнения меняются.
Сосущая сила равна нулю, когда клетка находится в
состоянии максимального тургора. Наибольшей сосущей
силой клетка обладает при отсутствии тургора.
Метод основан на определении изменения
47
концентрации раствора после выдерживания в нем
исследуемых растительных тканей. Если ткань погружена
в раствор, сосущая сила которого меньше сосущей
силы растительной ткани, то клетки поглощают воду из
раствора, и он становится более концентрированным. При
погружении ткани в раствор, сосущая сила которого больше
сосущей силы ткани, раствор, вытягивая воду из клеток
ткани, становится менее концентрированным. Изменение
концентрации раствора можно определить по изменению
плотности раствора сравнением плотностей исходного
раствора с этим же раствором после выдерживания в
нем ткани. У раствора, не изменившего плотности, S = p.
Осмотическое давление клеточного сока p = - Yp = i C RT.
Если окрашенные капли пойдут вниз, то это значит,
что раствор стал более концентрированным. Если же
капли пойдут вверх, то раствор стал более разбавленным.
Если окрашенные капли из пипетки остались на месте,
то раствор не изменился, и сосущая сила клеток ткани и
раствора равна.
Материалы и оборудование: корнеплод столовой
красной свеклы, пробирки, пипетки, 1 М раствор NaCl, вода,
сверло, бритвочки, чашки Петри.
Ход работы. Взять штатив с 20 пробирками. В
первый ряд пробирок из 1М раствора поваренной соли
приготовить 10 растворов убывающей концентрации через
0,1М. Взболтать содержимое пробирок. Во второй ряд
пробирок отлить по 1 мл растворов из первого ряда мерной
пробиркой. Сверлом вырезать из корнеплода красной
столовой свёклы цилиндр, из которого нарезать 20 дисков
ткани одинакового размера (шириной 1-2 мм). В каждую
пробирку с 1 мл раствора опустить по два диска корнеплода
свеклы и выдержать 30 минут, периодически встряхивая.
Через 30 минут пипеткой набрать окрашенный
раствор (примерно столбик 4 см). Пипетку погрузить в
исходный раствор (9 мл) такой же концентрации, чтобы
кончик ее находился на середине раствора. Медленно
48
по капле выпустить раствор из пипетки, наблюдая, куда
движутся окрашенные капли. Данные занести в таблицу.
Концентрация
раствора
(С), М
Объемное
соотношение
в пробирке, мл
Изотонический
коэффициент i
1 М NaCl
H 2O
1,0
10
0
1,62
0,9
9
1
1,63
0,8
8
2
1,64
0,7
7
3
1,66
0,6
6
4
1,68
0,5
5
5
1,70
0,4
4
6
1,73
0,3
3
7
1,75
0,2
2
8
1,78
0,1
1
9
1,83
Направление
движения
капли
Найти пробирку, в которой окрашенные капли стоят на
месте. Рассчитать сосущую силу по формуле, подставляя в
неё данные этой строчки таблицы. Если такой пробирки нет,
то концентрация раствора, в котором сосущая сила клетки и
раствора равны, является средней арифметической между
двумя соседними, в одной из которых капли движутся вверх,
а в другой – вниз. С = ____ М.
Сосущую силу вычисляют по формуле
S = i · C · R·T,
где
S - сосущая сила (в атмосферах);
i - изотонический коэффициент;
49
R = 0,0821(л·атм)/(град·моль) - газовая постоянная;
T = toC +273 - температура воздуха в Кельвинах
o
(t C – это температура в комнате).
Расчёт: S =
Подпись преподавателя:
РАБОТА 13
Определение степени раскрытия устьиц методом
инфильтрации по Молишу
Вводные пояснения. Устьица – это специализированные органы эпидермиса листа, через которые
осуществляется взаимодействие с атмосферой. Через
устьица происходит испарение воды растениями. Степень
раскрытия устьиц зависит от многих внешних и внутренних
факторов. При достаточной влагообеспеченности устьица
обычно открываются. Если наблюдается водный дефицит, то
они закрываются. При переувлажнении может наблюдаться
гидропассивное закрытие устьиц. Поскольку степень
раскрытия устьичной щели зависит от тургора замыкающих
клеток, то важное значение играют осмотически деятельные
вещества. Это в первую очередь ионы калия и сахара.
Наблюдается прямо пропорциональная зависимость между
раскрытием устьиц и концентрацией калия и сахаров в
клетке. Сахара образуются в процессе фотосинтеза, поэтому
на раскрытие устьиц косвенно влияет свет. Участвуют в
движениях устьиц и фитогормоны: цитокинины открывают
их, а АБК (абсцизовая кислота) – закрывает.
50
Определение степени раскрытия устьиц методом
инфильтрации основано на способности жидкостей,
смачивающих стенки, проникать через открытые устьичные
щели в ближайшие межклетники, вытесняя из них воздух.
При инфильтрации межклетников соответствующие
участки листа становятся прозрачными. Если устьица
широко раскрыты, то прозрачные пятна появятся в местах
проникновения в межклетники спирта, бензина и эфира.
Если устьица полуоткрыты, то спирт испарится, не оставив
следа, а в лист проникают бензин и эфир, образуя светлые
пятна. Если устьица слегка приоткрыты, то лишь эфир
образует пятно.
Материалы и оборудование: лист пеларгонии,
спирт, бензин, эфир, пипетки.
Ход работы. На три соседних участка нижней
стороны листа нанести последовательно каплю спирта,
бензина, эфира. Рассмотреть лист на свет.
Вывод:
Подпись преподавателя:
РАБОТА 14
Защитная роль пробковой ткани
Вводные пояснения. Пробковая ткань образуется тогда, когда пространство между фибриллами целлюлозы в клеточной стенке заполняется суберином. Пробка непроницаема для воды. Обычно пробковая ткань
формируется в покровных тканях. Она покрывает стволы
древесных растений. У некоторых видов толщина пробкового
слоя может достигать нескольких сантиметров (пробковое
дерево). Она защищает растения от механических
повреждений, проникновения патогенов и избыточного
51
испарения воды. Пробковая ткань клубней картофеля
гораздо тоньше, однако она выполняет такие же функции.
Материалы и оборудование: клубни картофеля,
скальпель, весы.
Ход работы. Взять два близких по форме и массе
клубня, с одного скальпелем снять пробковую ткань. Клубни
взвесить с точностью до 0,1 г, поместить на лист бумаги, где
написаны фамилии студентов и номер группы, и оставить
на открытом воздухе на 7 дней. Затем снова взвесить и
вычислить процент усушки по формуле.
Усушка D = (A - B) · 100 / A, %,
где A - исходная масса, B - масса через 7 дней.
Данные занести в таблицу.
Вариант
опыта
Масса, г
A
(исходная)
Усушка
B
(через
7 дней)
Клубень
с пробкой
Клубень
без пробки
Расчёт:
Вывод:
Подпись преподавателя:
52
(A – B),
г
D=(A - B) ·100/A, %
РАБОТА 15
Весовой метод определения интенсивности
транспирации по Иванову
Вводные пояснения. Транспирация – это физиологический процесс испарения воды с поверхности
растений. Основной орган транспирации – лист.
Интенсивность транспирации – это количество
граммов испаренной воды за 1 час с единицы площади.
Она равна у сельскохозяйственных растений 15 - 250 г/м2·ч
днем и 1 – 20 г/м2·ч ночью. Чем моложе лист и выше ярус,
тем интенсивнее происходит транспирация.
Материалы и оборудование: листья пеларгонии
или традесканции, весы, карандаши, ножницы, листки в
клеточку.
Ход работы. Отрезать два листа разных ярусов,
каждый взвесить на весах с точностью до 0,001 г. Исходную
массу записать в таблицу. Положить листья нижней
стороной вверх на стекло. Через 6 минут снова взвесить
и записать данные в таблицу. Определить площадь листа
(S). Лист обрисовать на листе бумаги в клеточку. Посчитать
количество клеточек внутри обведенного контура. Четыре
клеточки равны 1 см2. Более точно площадь листа можно
определить весовым методом. Лист растения наложить
на бумагу и обвести контур карандашом. Контур листа
вырезать и взвесить. Одновременно из той же бумаги
вырезать квадрат и его взвесить. Площадь листа найти по
формуле: S = A · C / B,
где
A – масса контура листа, г;
B – масса квадрата, г;
C – площадь квадрата, см2.
53
Масса контура на
бумаге, г
Вариант
Квадрат
Площадь, см2
B=
C=
Лист верхнего
яруса
A1=
S1=
Лист нижнего
яруса
A2=
S2=
Рассчитать интенсивность транспирации по формуле:
Т = (a - b) ·10 · 10000 / S, г/м2·ч
Масса листа, г
Вариант
исходная
(а)
через
6 мин (b)
Лист
верхнего
яруса
Лист
нижнего
яруса
Расчёт:
54
Площадь
листа,
см2 (S)
Интенсивность
транспирации,
г/м2·ч
Вывод:
Подпись преподавателя:
РАБОТА 16
Интенсивность испарения воды живыми
и убитыми листьями
Вводные пояснения. Транспирация – это физиологический, а не физический процесс испарения воды с
поверхности растений. Физический процесс – испарение
воды из убитых листьев, происходит интенсивнее, чем
физиологический процесс – транспирация.
Материалы и оборудование: листья пеларгонии
или традесканции, весы, пинцеты, фильтровальная бумага,
плитка, ёмкость с водой.
Ход работы. Срезать два листа разных ярусов,
каждый взвесить с точностью до 0,001 г и положить нижней
стороной вверх на стекло. Через 6 минут снова взвесить.
Затем определить площадь листа. Результаты занести
в таблицу. Вычислить интенсивность транспирации (см.
работу 15). Затем листья убить кипячением в течение 3
минут. Обсушить их фильтровальной бумагой, взвесить и
записать исходную массу в таблицу. Через 6 минут взвесить
снова. Рассчитать интенсивность испарения воды по формуле:
Т = (a - b) ·10 ·10000 / S, г/м2·ч
Данные занести в таблицу.
55
Масса листа, г
Ярус
Верхний
Лист
исходная
через
6 мин
Интенсивность
испарения воды,
г/м2·ч
Живой
Убитый
Нижний
Живой
Убитый
Расчёт:
Выводы:
Подпись преподавателя:
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ
по разделам «Физиология растительной клетки»,
«Водообмен растений»
1. Общий план строения растительной клетки.
2. Современная концепция строения биологических
мембран.
56
3. Функции мембран в клетке.
4. Транспорт веществ через мембраны.
5. Ядро, рибосомы.
6. Эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи.
7. Пластиды, митохондрии.
8. Вакуоли, микротельца, сферосомы.
9. Цитоплазма, цитоскелет, плазмодесмы.
10. Клеточная стенка: строение, функции.
11. Структура и свойства воды.
12. Функции и формы воды в растении.
13. Водный потенциал.
14. Клетка как осмотическая система.
15. Поглощение воды корнями (нижний концевой
двигатель).
16. Зависимость поглощения воды корнями от внутренних
и внешних факторов.
17. Передвижение воды по растению. Симпластный и
апопластный пути движения воды.
18. Транспирация (верхний концевой двигатель), ее
значение для растений.
19. Виды транспирации.
20. Показатели транспирации.
21. Зависимость транспирации от внутренних и внешних
факторов.
22. Водный баланс и водный дефицит.
Рекомендуемая литература
1. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений/
под ред. проф. Н.Н. Третьякова. – М.: Колос, 2005.
2. Дымина Е.В., Баяндина И.И. Тестовые задания для
компьютерного контроля знаний студентов по курсу
«Физиология и биохимия растений»: учеб.-метод. пособие/
НГАУ. – Новосибирск, 2008.
3. Рейвн П. И. др. Современная ботаника; пер. с англ. – М.,
1990.
4. Свенсон К. Клетка/ К. Свенсон, П.Уэбстер; пер. с англ. –
57
М.: Мир, 1980.
5. Водный обмен растений. – М.:Наука, 1989.
6. Биологический энциклопедический словарь. – М.:
Советская энциклопедия, 1986.
7. Водный обмен растений / В.Н.Жолкевич, Н.А.Гусев,
А.В.Капля и др. – М.: Наука, 1989.
8.Гэлстон А. Жизнь зеленого растения/ А. Гэлстон, П. Девис,
Р.Сэттер. – М.: Мир, 1983.
9. Кузнецов В.В. Физиология растений/ В.В. Кузнецов,
Г.А. Дмитриева. – М.: Высшая школа, 2005.
10.
Скулачев
В.П.
Биоэнергетика.
Мембранные
преобразования энергии. – М.: Высшая школа, 1989.
11. Физиология растений: учеб. для вузов/ под ред.
И.П.Ермакова. – М.: Академия, 2005.
12. Якушкина Н.И. Физиология растений. – М.: Просвещение,
1993.
4. ФОТОСИНТЕЗ И ДЫХАНИЕ РАСТЕНИЙ
Фотосинтез (фото – свет, синтез – соединение,
греч.) – это образование клетками растений органических
веществ за счет энергии света. Фотосинтез происходит при
помощи пигментов, присутствующих в хлоропластах клеток.
Фотосинтез осуществляют высшие растения, водоросли и
некоторые микроорганизмы.
Значение фотосинтеза для биосферы:
1. Пополнение убыли органических соединений в биосфере
из-за деятельности других организмов и человека.
Ежегодно при фотосинтезе на Земле образуется 150
млрд т органических веществ.
2. Накопление в продуктах фотосинтеза химической энергии. Запасенная энергия (топливо) является основным
источником энергии для человечества (древесина,
уголь, нефть, газ).
3. Поддержание в атмосфере содержания кислорода,
58
необходимого для существования всех организмов
биосферы. Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле
образуется 200 млрд т кислорода. Кислород необходим
для защиты всего живого от ультрафиолетового
излучения (озоновый слой атмосферы).
4. Устранение избытка углекислого газа, что предотвращает
перегрев Земли из-за парникового эффекта.
Общее уравнение фотосинтеза:
6 СО2 + 6Н2O → С6Н12О6 + 6 О2
Процесс фотосинтеза делится на две фазы: световую
и темновую. Световая фаза происходит только на свету в
тилакоидах хлоропласта. Световая фаза включает в себя
три процесса: окислительное расщепление воды (фотолиз
воды) с выделением кислорода, образование НАДФ·Н и
синтез АТФ.
Темновая фаза происходить в темноте и на свету в
строме хлоропласта. Темновая фаза – это превращение СО2
в углеводы с использованием НАДФ·Н как восстановителя,
а АТФ – как источника энергии.
Дыхание представляет собой окислительный
распад органических веществ, синтезированных в процессе
фотосинтеза, протекающий с потреблением кислорода
и выделением углекислого газа. В процессе дыхания
энергия углеводов преобразуется в энергию АТФ и может
использоваться в метаболических процессах клетки.
Дыхание присуще всем живым организмам. У
многоклеточных животных возникли органы дыхания
– жабры и легкие. У растений ни того, ни другого нет.
Поступление в организм О2 и выделение СО2 происходит
через устьица. Перемещаясь по межклетникам, кислород
проникает в клетки и используется на окисление
органических веществ. Почему растения дышат? Для всех
процессов жизнедеятельности необходима энергия в виде
АТФ. АТФ в растении синтезируется в ходе световой фазы
фотосинтеза, но эти процессы происходят только на свету,
59
а энергия нужна постоянно. Энергия света запасается
в фотосинтезе не только в виде АТФ, но и в химических
связях органических веществ. Эту энергию растения
напрямую использовать не могут, ее надо преобразовать
в энергию АТФ. Это и происходит при дыхании – сложном
многоступенчатом процессе с множеством ферментативных
реакций. На его промежуточных стадиях образуются
органические соединения, которые затем используются для
синтеза веществ. Таким образом, дыхание – обязательное
условие жизни. Оно обеспечивает обмен веществ и энергии.
Суммарное уравнение процесса дыхания растений:
С6 Н12 О6 + 6 О2 + 38 АДФ + 38 Н3РО 4→ 6Н2О +
+ 6 СО2 + 38 АТФ
Процесс
дыхания
сопровождается
расходом
углеводов, поглощением О2, выделением СО2, воды и
энергии.
Преобразование органического вещества при
дыхании осуществляется в три этапа.
Первый
этап
–
подготовительный,
или
деполимеризация. На этом этапе полимерные соединения
с помощью ферментов гидролаз гидролизуются до
мономеров. Так, углеводы распадаются до моносахаридов,
жиры – до глицерина и жирных кислот, белки – до
аминокислот, нуклеиновые кислоты – до нуклеотидов.
Второй этап – анаэробное дыхание (гликолиз).
Он осуществляется без участия кислорода. В результате
анаэробного дыхания молекула глюкозы распадается на
две молекулы пировиноградной кислоты. В суммарном
виде этот процесс выглядит так:
С6 Н12 О6 + 8 АДФ + 8 Н3РО4→8 Н2О + 2С3 Н6О3 + 8 АТФ
Третий этап – аэробное дыхание. Он включает в
себя цикл Кребса и электрон-транспортную цепь (ЭТЦ). При
доступе кислорода образовавшиеся во время предыдущего
этапа вещества окисляются до углекислого газа и воды.
60
Кислородное дыхание сопровождается выделением
энергии и накоплением ее в АТФ. Суммарное уравнение
аэробного дыхания выглядит так:
2С3 Н6 О3 + 6 О2 + 30 АДФ + 30 Н3РО 4→ 36Н2О + 6СО2 +
+ 30 АТФ
Часть энергии, образующейся при дыхании, выделяется в виде тепла.
РАБОТА 17
Пигменты фотосинтеза и их свойства
Вводные пояснения. Фотосинтез происходит
при помощи пигментов, присутствующих в хлоропластах
клеток. К пигментам фотосинтезирующих клеток относятся
хлорофиллы, каротиноиды и фикобилины.
Хлорофиллы поглощают главным образом красный
и сине-фиолетовый свет, зеленый свет они отражают и
поэтому придают растениям характерную зеленую окраску.
Для хлорофиллов характерно наличие порфиринового
кольца. Порфириновое кольцо – это плоская квадратная
структура, состоящая из четырех меньших колец, каждое
из которых содержит по одному атому азота, способному
взаимодействовать с атомами металлов, в хлорофиллах
это атомы магния. К порфириновому кольцу присоединен
длинный углеводородный «хвост» – фитол и короткий
- метанол. Хлорофилл «а» – самый распространенный
фотосинтетический пигмент. Он существует у всех
фотосинтезирующих
организмов.
Хлорофилл
«b»
встречается у высших растений, зеленых водорослей и
эвгленовых. Хлорофилл «с» встречается вместо хлорофилла
«b» у бурых и диатомовых водорослей, а хлорофилл «d»
– у некоторых красных водорослей. В фотосинтезирующих
бактериях найдены различные бактериохлорофиллы.
Хлорофиллы хорошо растворимы в этиловом эфире,
61
бензоле, хлороформе, ацетоне, этиловом спирте и не
растворимы в воде. При обработке хлорофилла кислотой
происходит замещение магния протонами и образование
феофитина, имеющего буро-зеленый цвет и ослабленный
красный максимум поглощения. Под воздействием щелочи
удаляются остатки фитола и метилового спирта. Это мало
сказывается на спектре поглощения хлорофилла. Растворы
хлорофиллов в полярных растворителях обладают яркой
рубиново-красной флуоресценцией. Хлорофилл в живом
листе флуоресцирует слабо. Растворы хлорофиллов
способны также
к фосфоресценции (длительному
послесвечению), максимум которой лежит в ИК-области.
Молекула хлорофилла способна выполнять три важные
функции: избирательно поглощать энергию света, запасать
ее в виде электронного возбуждения и фотохимически
преобразовывать энергию возбужденного состояния в
химическую энергию соединений.
Каротиноиды
–
растворимые
в
жирах
пигменты, окрашенные в желтый и оранжевый цвет. Все
фотосинтетические ткани высших растений содержат
одни и те же каротиноиды, которые локализованы в
хлоропластах. Каротиноиды состоят из каротинов и
ксантофиллов. К каротинам принадлежит бета-каротин,
встречающийся у всех высших растений. Ксантофиллы –
кислородпроизводные каротинов, к ним относятся лютеин,
виолаксантин и неоксантин. Каротиноиды локализованы в
гранах хлоропластов в виде хромопротеидов. Каротиноиды
играют важную роль в фотосинтезе, защите от вредного
воздействия света, фототропизме и фоторецепции.
Каротиноиды поглощают синий и фиолетовый свет и
передают их энергию на хлорофилл.
Фикобилины – дополнительные фотосинтезирующие
пигменты у некоторых водных водорослей. Синезеленые
водоросли, красные морские водоросли и некоторые
морские криптомонады помимо хлорофилла «а» и
каротиноидов содержат фикобилины. В красных водорослях
62
содержатся фикоэритробилины, в синезеленых –
фикоцианобилины. Фикобилины - это тетрапирролы с
открытой цепью, не содержащие атомов магния и фитола.
Фикобилины поглощают оранжевый, желтый и зеленый
свет и передают его каротиноидам.
Материалы и оборудование:
свежие листья
растений, спирт, ФЭК, спектрофотометр, фарфоровые
ступки, ножницы, пробирки.
17.1. Получение вытяжки пигментов листа
Ход работы. Взвесить 0,5 г листьев, мелко нарезать
их в фарфоровую ступку, тщательно растереть, добавить 5
мл спирта. Всё перемешать и профильтровать в пробирку.
Ступку обмыть оставшимися 5 мл спирта. Полученная
вытяжка пигментов листа содержит хлорофиллы и
каротиноиды.
17.2. Определение количества хлорофилла
колориметрическим методом
Ход
работы.
Концентрацию
хлорофилла
определяют на фотоэлектроколориметре (ФЭК). Включить
прибор на 15 минут. Установить красный светофильтр.
Ручкой установки «0» на ФЭК поставить стрелку на ноль. В
две кварцевые кюветы налить спирт и вытяжку пигментов.
Поместить их в прибор. Установить против пучка света
кювету со спиртом ручкой «кюветы». Установить стрелку
прибора на 100 ручкой «100». Передвинуть в пучок света
кювету с вытяжкой хлорофилла. Стрелка покажет величину
оптической плотности раствора.
Чтобы вычислить концентрацию хлорофилла
(мг/л) по калибровочной кривой, найти на оси ординат
установленную величину оптической плотности. От этой
точки провести горизонтальную прямую до пересечения
с калибровочной кривой. Из точки пересечения опустить
вниз перпендикуляр на абсциссу и найти концентрацию
хлорофилла в растворе (С). С =
мг/л.
63
Рассчитать содержание хлорофилла (Р) в 1 г
растительного материала по формуле: P = (C × V)/m,
где
С - концентрация хлорофилла в растворе, мг/л;
V - объем вытяжки, л;
m - навеска растительного материала, г.
Расчёт: Р =
Вывод:
17.3. Определение количества хлорофилла
спектрофотометрическим методом
Ход работы. Спектрофотометрический метод
является наиболее точным количественным методом
определения пигментов листа. Данный метод позволяет
проводить анализ смеси веществ с близкими максимумами
поглощения. Для этого измеряют оптическую плотность
экстракта при длинах волн 665 и 649 нм.
Концентрацию пигментов рассчитывают по уравнениям:
С хл.a = 13,70 х D665 – 5,76 x D649
С хл.b = 25,80 х D649 – 7,60 x D665
С хл.a+b = 6,10 х D665 + 20,04 x D649
Порядок работы на спектрофотометре UNICO 1201.
1. Включите прибор нажатием кнопки, находящейся на
задней панели прибора. Дайте разогреться прибору 15
минут.
2. Выберите режим работы Т нажатием кнопки РЕЖИМ,
пока не загорится красный индикатор у соответствующей
надписи. Проведите компенсацию темнового тока.
Установите в одну из ячеек кюветодержателя «заглушку»
(черную кювету с нулевым пропусканием). Ручкой для
64
перемещения кюветодержателя переведите кюветузаглушку в рабочую зону. Закройте крышку кюветного
отделения. Установите 0%T, нажав соответствующую
кнопку. Подождите несколько секунд, пока на дисплее
высветится значение пропускания. Показания должны
быть равны 0,0 ± 0,1%T. Если это не так, повторите
данный шаг еще раз.
3. Подготовка и заполнение кювет. Кюветное отделение
имеет три ячейки, что позволяет одновременно
производить измерение одной кюветы с раствором
сравнения и до двух кювет с исследуемыми растворами.
При установке кювет нельзя касаться пальцами рабочих
участков поверхностей (ниже уровня жидкости в кювете).
Промойте чистую кювету небольшим количеством
раствора сравнения (в нашем случае это этанол),
заполните кювету раствором сравнения до метки и
протрите кювету с наружной стороны салфеткой, чтобы
удалить капельки жидкости. Промойте вторую чистую
кювету небольшим количеством исследуемого раствора,
заполните кювету исследуемым раствором, протрите
кювету с наружной стороны салфеткой.
4. Измерение оптической плотности. Откройте крышку
кюветного отделения и установите кюветы с раствором
сравнения и с исследуемым раствором в свободные
ячейки кюветодержателя. Закройте крышку кюветного
отделения.
5. Выберите длину волны, поворачивая ручку «Регулятор
длин волн». Не открывая кюветного отделения, ручкой
подведите кювету с раствором сравнения в рабочую
зону. Нажмите кнопку Λ (0A/100%T). Подождите
несколько секунд, пока на дисплее мигает надпись
«BLA», а затем загорается значение 0.000 (А). Если
показания отличаются от 0.000, повторите шаг еще
раз. Не открывая кюветного отделения, ручкой
«Перемещение кюветодержателя» подведите кювету с
исследуемым раствором в рабочую зону. На цифровом
65
дисплее высветится значение оптической плотности
исследуемого раствора. Снимите показание.
6. Если необходимо измерить ту же пробу при других
длинах волн, повторите пункт 5 для каждой требуемой
длины волны.
D649 =____
D665 =____
Расчёт:
С хл.a =
С хл.b =
С хл.a+b =
Вывод:
17.4. Разделение смеси пигментов листа по методу Крауса
Разделение пигментов по Краусу основано на
различной растворимости разных пигментов в различных
растворителях. Хлорофилл растворяется в бензине лучше,
чем в спирте. Каротиноиды подразделяются на каротины и
ксантофиллы, отличающиеся от каротинов присутствием
кислорода. Каротины растворяются в бензине лучше, чем
в спирте, а ксантофиллы, напротив, - в спирте лучше, чем
в бензине.
Ход работы. В пробирку налить 2 мл вытяжки
пигментов, прибавить равный объем бензина и 2-3 капли
воды. Пробирку встряхнуть и дать отстояться. Наблюдения
66
зарисовать, отмечая окраску верхнего бензинового и
нижнего спиртового слоев.
Вывод:
17.5. Омыление хлорофилла щелочью
Под действием щелочи хлорофилл омыляется, в
результате получаются соль хлорофиллиновой кислоты,
фитол и метанол.
СООСН3
MgN4ОН30С32
+ 2NaOH =
СООС20Н39
MgN4ОН30С32
СООNa
+ CH3OH + C20H39OH
СOONa
метанол
фитол
Натриевая соль
хлорофиллиновой кислоты
Соль хлорофиллиновой кислоты сохраняет зеленую
окраску, но в отличие от хлорофилла растворяется в спирте
лучше, чем в бензине.
Ход работы. В пробирку налить 2 мл спиртовой
вытяжки пигментов, добавить 1 мл 20%-го спиртового
раствора NаОН и довести до кипения на водяной бане.
Раствор охладить, добавить равный объем бензина и 3 мл
воды. Встряхнуть пробирку и дать отстояться. Наблюдения
67
зарисовать, отмечая окраску верхнего бензинового и
нижнего спиртового слоев.
Вывод:
17.6. Получение феофитина и обратное замещение
водорода атомом меди
Под действием кислоты в молекуле хлорофилла
металл магний, связанный с азотом, заменяется атомами
водорода. Образуется вещество феофитин бурого цвета,
так как разрушается металлорганическая связь (между
магнием и азотом).
СН3СОО
С20Н39СОО
СН3СОО
С20Н39СОО
C32H30ON4Mg + 2HCl =
С32Н30ОN4H2 + MgCl2
феофитин
Ход работы. В пробирку налить 2 мл спиртовой
вытяжки хлорофилла и добавить 2-3 капли 10%-й соляной
кислоты. При взбалтывании раствор буреет.
68
Если в молекуле феофитина заменить атомы
водорода металлом (медью), то полученное вещество
(медьпроизводное хлорофилла) будет иметь зелёную
окраску в результате восстановления металлорганической
связи (между медью и азотом).
СН3СОО
C20H39COO
СН3СОО
С20Н39СОО
С32Н30ОN4H2 + Cu(CH3COO)2 =
С32Н30ОN4Cu + 2СН3СООН
медьпроизводное хлорофилла
Ход работы. В пробирку добавить несколько
кристаллов уксуснокислой меди и нагреть на водяной
бане, следя за изменением окраски. Результаты опыта
зарисовать.
Вывод:
Подпись преподавателя:
69
РАБОТА 18
Сравнение интенсивности дыхания разных
растительных объектов
Вводные пояснения. Важным показателем, характеризующим процесс дыхания, является интенсивность
дыхания. Она выражается количеством миллиграммов СО2,
выделенного 100 г свежего растительного материала за 1
час. Прибор Бойсена-Иенсена для учета углекислого газа
состоит из стеклянной банки на 250 мл с пробкой, к которой
подвешивается маленькая корзиночка из медной сетки. В
корзиночку помещается растительный материал.
Материалы и оборудование: семена яровой
пшеницы (сухие и проросшие), листья, приборы БойсенаИенсена, бюретки с баритом и щавелевой кислотой,
фенолфталеин.
Ход работы. В три прибора Бойсена-Иенсена
налить по 25 мл барита. В корзинки поместить исследуемые
объекты согласно таблице. Крышки плотно закрыть и
оставить на 1 час. В течение этого времени растения дышат,
выделяемый углекислый газ поглощается баритом.
СО2 + Ва(ОН)2 = ВаСО3 + Н2О
Время от времени барит слегка взбалтывать. Через
1 час растительный материал убрать, добавить в каждую
банку 1-2 капли фенолфталеина и титровать щавелевой
кислотой.
Ва(ОН)2 + (СООН)2 = (СОО)2Ва + 2Н2О
Количество щавелевой кислоты, пошедшей на
титрование, записать в таблицу (титр опыта).
Определить титр контроля. В колбу налить 25 мл
барита Ba(ОН)2, добавить 1-2 капли фенолфталеина
и титровать щавелевой кислотой. Титр контроля будет
одинаковым для всех образцов. Записать его в таблицу.
70
Материал
Навеска,
г (m)
Семена
сухие
Семена
проросшие
Листья
Количество
щавелевой
кислоты, мл
титр
контроля
(A)
титр
опыта
(B)
Интенсивность
дыхания,
мг СО2 / 100 г
15
5
5
Титр щавелевой кислоты подобран так, что 1 мл
ее соответствует 1 мг углекислого газа. Разность между
количеством щавелевой кислоты, пошедшей на контрольное
и опытное титрование, дает нам количество углекислого
газа, выделенного за 1 час. Интенсивность дыхания
выражается в количестве углекислого газа, выделенного
100 г растительного материала за 1 час. Рассчитать
интенсивность дыхания (R) по формуле:
R = (A - B) · 100 /m·t, мг СО2 / 100 г.
Расчёт:
Вывод:
Подпись преподавателя:
71
РАБОТА 19
Определение активности каталазы в растительных
объектах
Вводные пояснения. Каталаза в клетках выполняет
функцию обезвреживания перекиси водорода, катализируя
реакцию 2 H2O2 = 2H2O +O2. Этот фермент особенно активен
в зеленых листьях.
Материалы и оборудование: проростки пшеницы,
фасоли, листья растений, 3%-й раствор перекиси водорода,
фарфоровые ступки, мерные пробирки, пипетки, весы,
прибор для определения активности каталазы.
19.1. Сравнение активности каталазы в живых и
мертвых тканях
Ход работы. С проростков делают срезы толщиной
около 1 мм. Срезы помещают в каплю воды на предметное
стекло и добавляют несколько капель раствора перекиси
водорода. Наблюдают появление пузырьков газа у
поверхности живых срезов. Это выделяется кислород
в результате разложения перекиси водорода под
воздействием каталазы. Часть срезов убивают, нагревая их
в капле воды над пламенем спиртовки. Срезы помещают в
каплю воды на предметное стекло и добавляют несколько
капель раствора перекиси водорода. Отмечают отсутствие
пузырьков у убитых объектов.
Вывод:
19.2. Количественное определение активности
каталазы
Ход работы. Взвесить 1 г растительного материала,
тщательно растереть в фарфоровой ступке, добавив на
кончике скальпеля мела для создания щелочной реакции.
72
Отмерить 10 мл дистиллированной воды. При растирании
в ступку добавить 5 мл воды. Кашицу перенести в
коническую колбу, туда же оставшейся водой смыть остатки
кашицы с пестика и ступки. В пенициллиновый пузырек
налить 2 мл 3%-й перекиси водорода и поставить в колбу с
кашицей. Колбу плотно закрыть пробкой и открыть зажим,
устанавливая уровень воды в бюретке на нулевое деление.
Опрокинуть пузырек с перекисью, встяхивая колбу, и тут
же засечь время, отмеряя 3 минуты, в течение которых
содержимое
колбы
перемешивают.
Выделяющийся
кислород вытесняет воду из бюретки.
Материал
Навеска, г
Количество О2, мл
Вывод:
Подпись преподавателя:
РАБОТА 20
Обнаружение активности ферментов дегидрогеназ
в растениях
Вводные пояснения. Ферменты дегидрогеназы
катализируют перенос водорода в анаэробных условиях.
Метод определения активности дегидрогеназ основан
73
на их способности в отсутствии кислорода превращать
метиленовую синь в бесцветное соединение.
Материалы и оборудование: набухшие семена
гороха или фасоли, пробирки, раствор метиленовой сини,
водяная баня, чашки Петри.
Ход работы. С 10 набухших семян гороха снять
семенную оболочку. Разделить на семядоли и разложить в
две пробирки. В одну пробирку налить воды (чтобы покрыть
семядоли) и убить их кипячением на водяной бане в течение
10 минут. Воду слить. Обе пробирки залить метиленовой
синью на 10 минут. Краску слить, и семена промыть водой.
Обе пробирки с горохом залить холодной кипяченой водой
доверху (для создания анаэробных условий) и закрыть
плотно пробками. Пробирки поставить на водяную баню при
температуре 30оС на один час. Отметить изменение окраски
семядолей в обоих вариантах. Затем воду из пробирок
вылить, семена гороха высыпать в чашки Петри и оставить
на воздухе. Отметить изменение окраски. Наблюдения
зарисовать.
Вывод:
Подпись преподавателя:
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ
по разделу «Фотосинтез и дыхание растений»
1. Общая характеристика фотосинтеза.
2. Лист – основной орган фотосинтеза.
3. Строение хлоропластов.
74
4. Основные пигменты фотосинтеза (хлорофиллы), их
строение, свойства, функции.
5. Дополнительные пигменты фотосинтеза: каротиноиды
и фикобилины.
6. Световая фаза фотосинтеза.
7. Циклическое фотофосфорилирование.
8. Нециклическое фотофосфорилирование.
9. Темновая фаза фотосинтеза: С3 - путь.
10.Темновая фаза фотосинтеза: С4 - путь.
11.САМ метаболизм.
12.Фотодыхание.
13.Показатели фотосинтеза и продуктивность растений.
14.Влияние внутренних и внешних факторов на фотосинтез.
15.Космическая роль фотосинтеза.
16.Общая характеристика и этапы дыхания.
17.Дыхательный коэффициент.
18.Ферменты дыхания.
19.Гликолиз.
20.Цикл Кребса.
21.Электрон-транспортная цепь (ЭТЦ) митохондрий.
22.Пентозофосфатный путь.
23.Глиоксилатный цикл.
24.Виды брожения.
25.Влияние внутренних и внешних факторов на дыхание.
Рекомендуемая литература
1. Биологический энциклопедический словарь. – М.:
Советская энциклопедия, 1986.
2. Головко Т.К. Дыхание растений (физиологические
аспекты). – СПб.: Наука. С.-Петербург. отд-ние, 1999.
3. Гэлстон А. Жизнь зеленого растения /А. Гэлстон,
П.Девис, Р.Сэттер. – М.: Мир, 1983.
4. Кузнецов В.В. Физиология растений /В.В. Кузнецов,
Г.А.Дмитриева. – М.: Высшая школа, 2005.
5. Куперман Ф.М. Морфофизиология растений. – М.:
75
Высшая школа, 1971.
6. Рейвн П. И. др. Современная ботаника; пер. с англ. – М.,
1990.
7. Рубин Б.А. Физиология и биохимия дыхания растений. –
М.: Наука, 1974.
8. Скулачев
В.П.
Биоэнергетика.
Мембранные
преобразования энергии. – М.: Высшая школа, 1989.
9. Дымина Е.В., Баяндина И.И. Тестовые задания для
компьютерного контроля знаний студентов по курсу
«Физиология и биохимия растений»: учеб.-метод.
пособие /НГАУ. – Новосибирск, 2008.
10.Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений
/под ред. проф. Н.Н. Третьякова. – М.: Колос, 2005.
11.Физиология растений: учебник для вузов /под ред.
И.П.Ермакова. – М.: Академия, 2005.
12.Фотосинтез / под ред. Говинджи:в 2 т. – М.: Мир, 1987.
13.Якушкина Н.И. Физиология растений. – М.: Просвещение,
1993.
5. МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ
Вопросы питания растений интересуют человека с
тех пор, как он начал возделывать сельскохозяйственные
культуры. Вначале внесение веществ в почву носило
эмпирический характер. Использовались зола, ил, перегной,
навоз и т.д. Теоретические модели питания растений
появились в XVII в. Первой была «водная теория»
Ван Гельмонта, второй «гумусовая теория» Тэера. И
только к середине XIX в. была сформулирована теория
минерального питания растений. Автором ее считают
немецкого химика Либиха. Он предложил два закона: закон
минимума и закон возврата питательных веществ
в почву. Основной ошибкой Либиха было отрицание роли
гумуса в питании растений.
Минеральное питание – это совокупность
процессов поглощения, передвижения и усвоения
76
химических элементов растительными организмами. Если
вещества извлекаются из окружающей среды корнями, это
называется корневое питание, если листьями – некорневое.
Растения способны поглощать практически все элементы,
но для нормальной жизнедеятельности им нужны только
необходимые. Элемент считается необходимым, если:
1) без него жизненный цикл растения не может завершиться,
2) его нельзя заменить каким-либо другим элементом,
3) элемент непосредственно участвует в метаболизме
растения. Углерод, водород и кислород поступают в
растения преимущественно в виде воды, углекислого газа
и кислорода. С, Н, О и N называются органогенными
элементами и составляют в сумме около 95%. Остальные
называются
зольными.
Элементы,
концентрация
которых равна или больше 0,001% сухой массы, относят к
макроэлементам, остальные к микроэлементам.
Все
элементы
поглощаются
растительными
организмами в виде ионов из почвенного раствора.
Корень – это специализированный орган для поглощения
и транспортировки воды и минеральных веществ. Его
метаболизм направлен на построение аппарата поглощения
и транспорта, на частичную переработку поступивших
ионов или перевод их в транспортную форму, на биосинтез
фитогормонов. Основной движущей силой поглотительной
активности корней являются диффузия и работа ионных
насосов, локализованных в мембранах. В другие органы
минеральные вещества попадают по ксилеме, в результате
действия корневого давления и транспирации. Уровень
поглотительной активности клеток зависит от их возраста и
функционального состояния.
Поглощение минеральных веществ зависит от
разных факторов: концентрации доступных ионов в почве,
рН почвенного раствора, температуры, аэрации, влажности,
возраста растений. Каждый элемент выполняет свои
физиологические функции и требуется в определенных
количествах. Впервые теорию сбалансированного питания
77
растений разработал Прянишников в 1937 г. В настоящее
время известно множество питательных смесей, носящих
имена своих создателей (Прянишникова, Кнопа, Гельригеля
и др.), использующиеся для выращивания конкретных
культур и проведения научных исследований.
Поглощение минеральных веществ в онтогенезе
растений связано с их биологическими особенностями.
Яровые злаки поглощают N, P и К особенно интенсивно в
первую половину вегетации. Горох – равномерно в течение
всего лета. Земляника – в период цветения и формирования
ягод. В течение онтогенеза идет перераспределение
веществ между различными органами растения. Например,
при формировании зерновок идет перетекание веществ из
листьев и стебля в колос.
РАБОТА 21
Микрохимический анализ золы растений
Вводные пояснения. После сжигания растений в
золе остаются все элементы кроме углерода, водорода,
кислорода и азота. Поэтому анализ содержания различных
элементов в растении чаще всего проводят, сжигая их.
Микрохимический анализ может быть качественным,
когда определяют только наличие каких-либо элементов,
и количественным, когда определяют их количественное
содержание. Количественное соотношение элементов
зависит от биологических особенностей растения (ткани,
органа) и от условий произрастания.
Среднее количество золы в растениях составляет
5-15% от сухой массы. Содержание золы в различных
органах варьирует. Меньше всего золы в отмерших клетках
древесины – 0,4 -1%. Больше всего в листьях – от 5 до 15%.
Корни в среднем содержат около 3% золы, стебли и семена
4-5%.
Для проведения анализа из золы необходимо
78
получить вытяжку содержащихся в ней элементов. Для
этого используют различные растворители, но чаще всего
кислоты. Добавляя в вытяжку конкретные реактивы,
можно получить вещества, образующие при высыхании
характерные кристаллы. Предлагаемый метод основан на
получении кристаллов определенной формы и цвета при
кристаллизации полученных солей. Некоторые элементы
можно определить, проводя цветные реакции.
Материалы и оборудование: зола растений,
пробирки, воронки, фильтры, пипетки, стеклянные палочки,
весы, микроскопы, предметные стекла, 10%-й раствор
HCl, 1%-е растворы Na2 [Pb Cu (NO2)6], H2SO4 , NH3 водный,
Na2HPO4 , Sr(NO3)2, 3K4[Fe(CN)6], (NH4)2MoO4, растворенный
в 15%-й HNO3.
21.1. Получение вытяжки
Ход работы. В пробирку взвесить 0,25 г изучаемой
золы. Налить 2 - 3 мл 10%-го раствора соляной кислоты.
Взболтать и дать настояться 15 минут. После этого вытяжку
профильтровать в пробирку.
21.2. Обнаружение калия
Ход работы. На предметное стекло нанести каплю
солянокислой вытяжки золы, рядом каплю комплексной
соли свинцово-медноазотнокислого натрия. Все смешать
стеклянной палочкой и размазать по стеклу. Рассмотреть
под микроскопом после высыхания жидкости.
2 КСl + Na2 [Pb Cu (NO2)6] = K2[Pb Cu (NO2)6 ] + 2 NaCl
Зарисовать образовавшиеся кристаллы.
79
21.3. Обнаружение кальция
Ход работы. На предметное стекло нанести каплю
солянокислой вытяжки золы, рядом каплю 1%-го раствора
серной кислоты. Все смешать стеклянной палочкой и
размазать по стеклу. Рассмотреть под микроскопом после
высыхания жидкости.
СаСl2 + H2SO4 = 2 HCl + CaSO4
Игольчатые кристаллы гипса зарисовать.
21.4. Обнаружение магния
Ход работы. Каплю солянокислой вытяжки нейтрализовать, капая в нее каплю водного раствора аммиака.
Затем нанести на стекло рядом каплю 1%-го раствора
фосфорнокислого натрия и смешать стеклянной палочкой.
МgCl2 + NH3 + Na2HPO4 = NH4 MgPO4 + 2 NaCl
Кристаллы в виде квадратов, прямоугольников,
призмочек, звезд зарисовать.
21.5. Обнаружение фосфора
Ход работы. Каплю солянокислой вытяжки соединить с каплей 1%-го раствора молибденовокислого
аммония, растворенного в 15%-й азотной кислоте.
H3PO4+21HNO3 +12(NH4)2MoO4=
= (NH4)3 [PO4 12 MoO3] + 21 NH4NO3 + 12 H2O
80
Скрытокристаллический зеленовато-желтый осадок
зарисовать.
21.6. Обнаружение серы
Ход работы. Смешать каплю солянокислой вытяжки с каплей 1%-го раствора азотнокислого стронция.
Na2SO4 + Sr(NO3 )2 = SrSO4 + 2NaNO3
Мелкие закругленные кристаллы зарисовать.
21.7. Обнаружение железа
Ход работы. В пробирку налить 0,5 мл солянокислой
вытяжки золы и добавить 2-3 капли 1%-го раствора желтой
кровяной соли.
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl
Отметить цвет полученного вещества:
Вывод:
Подпись преподавателя:
81
РАБОТА 22
Определение общей и рабочей адсорбирующей
поверхности корневой системы методом
Сабинина и Колосова
Вводные пояснения. Корневая система растений
имеет специальную поглощающую зону. Это зона
корневых волосков. Клетки корневых волосков не имеют
кутикулы, что облегчает проникновение в них воды и
растворенных в ней веществ и ионов. Первоначальное
быстрое поглощение ионов осуществляется клеточной
оболочкой. В ней имеется свободное пространство между
фибриллами целлюлозы, заполненное водой. Пектиновые
вещества клеточной оболочки обладают адсорбирующими
и ионообменными свойствами. Клеточные оболочки в
большей степени обладают катионообменной и в меньшей
степени анионообменной способностью. Вещества и ионы
могут не только адсорбироваться, но и десорбироваться с
поверхности корня.
Дальнейшее продвижение веществ может осуществляться по апопласту с потоком воды или по
симпласту. Второй этап связан с проникновением веществ
и ионов через плазмалемму. Транспорт через мембраны
может быть пассивным или активным. Пассивный идет
по электрохимическому градиенту, активный против
электрохимического градиента и с затратами энергии АТФ.
Продвижение веществ и ионов к центру корня идет по
закону осмоса. Концентрация веществ внутри корня всегда
меньше, чем на периферии. Это связано с тем, что клетки
наружных слоев более старые, чем внутренних. Молодые
клетки больше потребляют минеральных веществ, тем
самым снижая их концентрацию.
Поднятие веществ и ионов в надземные органы
осуществляется за счет корневого давления по сосудам
ксилемы. Загрузка ксилемы происходит при активном
82
участии окружающих ее клеток, которые выделяют в
нее активные метаболиты. Поднятию воды способствует
также нерастяжимость стенок сосудов, гидрофильность
ее стенок, высокое поверхностное натяжение и высокие
силы межмолекулярного сцепления воды. Примером
работы корневого давления являются гуттация и «плач»
растений.
Скорость поглощение минеральных веществ зависит
от различных факторов. Это могут быть внешние факторы,
такие как температура, влажность, аэрация, кислотность и
состав почвы, а также внутренние, важнейшим из которых
является адсорбирующая поверхность корневой
системы. Д.А.Сабинин и И.И.Колосов разработали метод
определения общей адсорбирующей поверхности корней,
включающей рабочую и недеятельную их поверхность.
В качестве поглощаемого вещества используется метиленовая синь. Она безвредна для растений и у нее
окрашенным является катион. Известно, что 1 мл
метиленовой сини при адсорбции покрывает 1,05м2
поверхности корня. Краситель проникает в клетки в течение
90 секунд. При двукратном погружении корней растений
в метиленовую синь происходит ее адсорбция на всей
поверхности, при третьем только на рабочей.
Материалы и оборудование: 14-дневные проростки растений, 0,0003 н раствор метиленовой сини, 0,2 М
раствор СaCl, стаканы, мерный цилиндр, фильтровальная
бумага, ФЭК.
Ход работы. В три стакана наливают по 20
мл 0,0003н раствора метиленовой сини, в четвертый
20 мл 0,2 М раствора хлористого кальция. Берут 10
проростков пшеницы, выращенных в песке или водной
культуре, обсушивают корни фильтровальной бумагой.
Последовательно погружают корни в растворы метиленовой
сини на 1,5 минуты, давая стечь остаткам красителя в тот
же стакан, из которого они были вынуты. После извлечения
из третьего стакана окрашенные корни промывают водой
83
и помещают в раствор хлористого кальция. Определяют
концентрацию метиленовой сини калориметрическим
методом. Определяют объем корневой системы, погружая
корни в мерный цилиндр, заполненный водой. Это будет
разница между уровнями воды до и после помещения в
нее корней. Данные записывают в таблицу и производят
расчеты. По количеству поглощенной метиленовой сини в
первых двух стаканах рассчитывают общую адсорбирующую поверхность корней. По количеству поглощенной метиленовой сини в третьем стакане рассчитывают рабочую
адсорбирующую поверхность корней. Разница между ними
дает представление о недеятельной поверхности корней.
Деление величин общей и рабочей поверхности корней на
их объем (более грубо на их сырую массу) дает удельную
адсорбирующую поверхность корней.
Адсорбировано
метиленовой сини корнями
(А), мг
Метиленовая синь
Измерения
исходная
1-й
стакан
2-й
стакан
3-й
стакан
1-й
стакан
(А1)
2-й
стакан
(А2)
1+2-й
стакан
(А1+2)
3-й
стакан
(А3)
Показания ФЭК
Концентрация
(С),
мг/мл
Масса,мг
Масса метиленовой сини равна произведению концентрации (С, мг/мл) на объем (20мл). Количество
адсорбированной метиленовой сини равно разнице между
начальной массой и оставшейся после погружения корней.
84
Объем
корней
(V), см3
Удельная
адсорбирующая
поверхность
корней, м2/cм3
Адсорбирующая
поверхность
корней (S), м2
общая
рабочая
недеятельная
общая
рабочая
Sо=
1,05 · А1+2
Sр =
1,05 · А 3
S=
Sо - Sр
Sо / V
Sр / V
Окрашенные корни растений промывают водой
и помещают в бюкс с хлористым кальцием. В результате
обменной адсорбции с катионами кальция метиленовая
синь выделится в раствор.
Расчет:
Вывод:
Подпись преподавателя:
85
6. РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ
Каждый растительный организм за время своей
жизни реализует наследственную генетическую программу
в конкретных условиях окружающей среды. Онтогенезом
называется индивидуальное развитие организма от зиготы
или вегетативного зачатка до естественной гибели. По
продолжительности онтогенеза растения делятся на
однолетние, двулетние и многолетние. Однолетние
подразделяются
на
эфемеры,
онтогенез
которых
завершается за 3-6 недель; яровые, вегетация которых
начинается весной и заканчивается летом или осенью,
и озимые, вегетационный период которых длится с конца
лета до осени следующего года. Двулетние растения в
первый год формируют вегетативные органы, во второй год
– генеративные. Онтогенез многолетних длится от трех
до нескольких десятков лет.
Периодизация онтогенеза проводится в зависимости
от конкретных целей разными способами. Выделяют
фенологические фазы, характеризующиеся четкими
морфологическими изменениями; этапы органогенеза,
различающиеся по формированию новых органов, и
возрастные этапы. Различают пять основных возрастных
этапов онтогенеза.
1. Эмбриональный – начинается с образования
зиготы или зачатка вегетативного органа размножения и
заканчивается формированием семян или вегетативного
органа размножения.
2. Ювенильный – начинается с прорастания семян
или вегетативных органов размножения и заканчивается
началом закладки репродуктивных органов. Этот этап
характеризуется наращиванием вегетативной массы
и невозможностью размножения. Часто растения на
ювенильном этапе имеют отличные от зрелых растений
листья.
3. Зрелости – начинается с закладки зачатков
86
репродуктивных органов и заканчивается их формированием.
4. Размножения – начинается с образования
семян, плодов и вегетативных органов размножения и
заканчивается окончанием плодоношения. У некоторых
растений он длится несколько недель, у других несколько
десятков лет.
5. Старения – начинается с окончания плодоношения
и заканчивается естественной гибелью организма.
Прохождение этапов онтогенеза сопровождается
процессами роста и развития. Рост – это необратимое
увеличение размеров и массы клетки, органа или всего
организма. Этот процесс отражает количественные
изменения. Развитие – это возникновение качественных
различий между клетками, тканями, органами. Этот процесс
отражает качественные изменения структуры и функций
растения. Каждая клетка в процессе своего роста и развития
проходит ряд последовательных фаз (эмбриональную,
растяжения, дифференциации, старения). У молодых
организмов растут практически все части, а в дальнейшем
процессы роста локализуются в меристематических тканях.
Различают апикальную (верхушечную), латеральную
(боковую) и интеркалярную (вставочную) меристемы.
Апикальные осуществляют рост осевых органов в длину и
образование зачатков органов. Латеральные отвечают за
утолщение стеблей и корней. Интеркалярные расположены
в основании междоузлий.
Регуляторами роста и развития растения являются
фитогормоны. Существуют фитогормоны роста, это
ауксины, цитокинины и гиббереллины и фитогормоны
старения, это абсцизины и этилен. Кроме фитогормонов,
в растениях обнаружены фенольные ингибиторы
роста и жасмонаты. В процессе онтогенеза в отдельных
частях и в целом растении создается определенное
соотношение гормонов. Они активируют специфические
гены, что приводит к изменению обмена веществ в клетке.
87
Фитогормоны роста усиливают деление и растяжение
клеток, повышают аттрагирующую способность тканей,
участвуют в тропизмах, выводят из состояния покоя
семена, клубни, луковицы, стимулируют образование почек
и цветков и прочее. Фитогормоны старения переводят
в состояние покоя семена, клубни, почки, луковицы,
способствуют созреванию плодов, вызывают старение и
опадение листьев, участвуют в механизмах стресса.
Аналоги фитогормонов и физиологически активные
вещества широко применяются в сельском хозяйстве: это
стимуляторы роста, гербициды, ретарданты, дефолианты,
десиканты, сениканты и другие. Они могут выводить из
состояний покоя семена, клубни, луковицы, использоваться
для вегетативного размножения плодовых и декоративных
культур, ускорять созревание плодов, стимулировать рост
побегов и листьев, увеличивать количество женских цветков
и др.
РАБОТА 23
Периодичность роста растений
Вводные пояснения. Росту растений и его органов
свойственна периодичность и ритмичность. Благодаря этому
растения хорошо приспособились к конкретным условиям
произрастания. У озимых, двулетних и многолетних форм
период активного роста прерывается периодом покоя.
Линейный рост тесно связан с накоплением биомассы.
Применительно к сельскохозяйственным культурам
России В.С.Шевелухой (1980) было выделено пять основных
типов суточного роста: синусоидальный – минимальный в
утренние часы и максимальный в дневные (пшеница, рожь,
кукуруза, сорго, тимофеевка луговая и др.); угловой –
кривая роста имеет тупой или острый угол максимума роста
(стебель, листья и соцветия люпина желтого); импульсный
– усиление и торможение ростовых процессов происходит
импульсивно, скачкообразно, под прямым или острым
88
углом в течение нескольких минут. Максимум наступает в
20-21 час и сохраняется всю ночь, а в дневное время рост
заторможен (листья и корнеплоды сахарной свеклы, клубни
картофеля); импульсно-релаксационный - скорость роста
равномерно увеличивается в ночные часы и замедляется в
дневные (корнеплоды свеклы, моркови); двухволновой - в
течение суток скорость роста дважды достигает максимума
и минимума (стебли и листья картофеля).
Скорость роста в онтогенезе органа или растения
может быть выражена сигмоидной кривой. Впервые эту
закономерность отметил Ю.Сакс (1872). Выделяют четыре
фазы кривой роста:
1 – лаг-фаза, начальный (индукционный) период.
Для него характерен медленный рост;
2 – лог-фаза, логарифмический (экспоненциальный)
рост. Это интенсивный рост;
3 – замедленный рост;
4 – стационарная фаза, не наблюдается видимых
процессов роста.
Лаг-фаза прорастающего семени может длиться
у разных растений от нескольких часов до нескольких
месяцев. В это время идет усиленный синтез белков, РНК,
ДНК, фитогормонов и ферментов.
Во время лог-фазы рост идет за счет растяжения
клеток и активного синтеза пластических веществ.
Небольшое замедление роста на третьей фазе
объясняется внутренними и внешними факторами
(старение, накопление ингибиторов и др.).
На четвертой фазе ростовые процессы прекращаются
– это генетически предопределенное состояние.
Сигмоидные кривые повторяются ежегодно для
многолетних растений. Закон большого периода роста
отражает течение во времени большинства физиологических процессов (фотосинтеза, поглощения воды и
элементов питания, дыхания и пр.). Зная кривые роста
конкретного вида и сорта, можно влиять на рост растений
89
агротехническими (влагой, светом, температурой, минеральным питанием) и хирургическими (скашивание, удаление боковых побегов, генеративных органов) методами.
Закон большого периода роста, установленный
немецким ботаником Ю. Саксом, универсален и графически
изображается одновершинной кривой. Периодичность
роста проявляется в том, что междоузлия, образующиеся по
мере нарастания побега, имеют неодинаковую длину. Она
увеличивается от основания к середине побега, где достигает
максимума, а к верхушке побега опять уменьшается. Такая
периодичность роста является обобщенной (идеальной).
Материалы и оборудование: побеги древесных
пород, линейки, миллиметровая бумага, карандаши.
Ход работы. Измеряют линейкой длину междоузлий
побега древесного растения. На основании полученных
данных строят графики прироста междоузлий и побега.
По оси ординат откладывают длину междоузлий и длину
побега, по оси абсцисс – номера междоузлий, считая от
основания побега.
90
Результаты измерений
Объект
Номера
междоузлий
от
основания
побега
1
2
3
4
5
6
Длина
междоузлий,
см
Длина
побега,см
Длина
междоузлий,
см
Длина
побега,см
Нарисуйте график:
Вывод:
Подпись преподавателя:
91
7
8
9
10 11 12
РАБОТА 24
Определение силы роста семян методом
морфофизиологической оценки проростков
Вводные пояснения. Посевные качества семян
характеризуются силой роста, то есть способностью быстро
прорастать и интенсивно расти. На силу роста влияют
крупность семян, условия их формирования и хранения.
Для посева используются семена с силой роста не менее
80%. Для определения силы роста применяется метод
проращивания семян в рулонах. Качество проростков
оценивают по 5- балльной шкале, определяют сырую массу
надземной части и корней.
Материалы и оборудование: семена пшеницы
и ржи разных лет уборки урожая (крупная, средняя и
мелкая фракции), фильтровальная бумага, пинцеты,
полиэтиленовая пленка, стаканы.
Ход работы. Берут полоску полиэтиленовой пленки
длиной 50 см и шириной 20 см, на нее накладывают
полоску фильтровальной бумаги таких же размеров.
Между полиэтиленом и бумагой кладут этикетку с
фамилией и номером группы студента. На расстоянии
5 см от верхнего края проводят карандашом полоску,
на которую раскладывают 50 семян зародышем вниз на
расстоянии около 1 см. Сверху семена накрывают полоской
фильтровальной бумаги шириной 5 см, смоченной в воде.
Все сворачивают в рулон и ставят в стакан с водой при
температуре 200С. Через семь дней рулон разворачивают и
оценивают проростки по пятибалльной шкале.
92
Сильные проростки
Баллы
Длина проростка 5 см, лист вышел из
колеоптиле или равен его длине, число
зародышевых корешков - 5
5
Длина проростка не менее 4см, лист в
колеоптиле превышает ¾ его длины, число
зародышевых корешков – не менее 4
4
Длина проростка менее 2,5см, лист в
колеоптиле более ½ его длины, число
зародышевых корешков – не менее 3
3
Слабые проростки
Длина ростка менее 2 см, число
зародышевых корешков -2
2
Росток по своим размерам менее двух длин
зерновки, число зародышевых корешков – 2
и менее
1
Определяют сырую массу надземной части и корней
всех проростков вместе. Данные заносят в таблицу.
Оценка в
баллах (шт.)
Вариант
5
4
3
2
1
Сумма
баллов
93
Сила
роста,
%
Сырая
масса, г
надземной
части
(А)
корней
(В)
А/В
Вывод:
Подпись преподавателя:
РАБОТА 25
Определение физиологической активности
стимуляторов роста
Вводные пояснения. К фитогормонам роста
относятся ауксины, цитокинины и гиббереллины. Ауксины
синтезируются в апикальных меристемах и передвигаются
по флоэме. Цитокинины синтезируются в основном в
апикальной меристеме корня и передвигаются по ксилеме.
Гиббереллины синтезируются в основном в листьях.
Фитогормоны – это физиологически активные вещества, они
действуют в очень маленьких концентрациях – 10-13 моль/л. В
процессе онтогенеза в отдельных частях и в целом растении
создается определенное соотношение гормонов. Они
активируют специфические гены, что приводит к изменению
обмена веществ клетки. Фитогормоны роста усиливают
деление и растяжение клеток, повышают аттрагирующую
способность тканей, участвуют в тропизмах, выводят из
состояния покоя семена, клубни, луковицы, стимулируют
образование почек и цветков и прочее.
Материалы и оборудование:
гетероауксин
или другие стимуляторы роста, семена пшеницы и ржи
разных лет уборки урожая (крупная, средняя и мелкая
фракции), чашки Петри, фильтровальная бумага, пинцеты,
полиэтиленовая пленка, стаканы.
Ход работы. В чашки Петри кладут фильтровальную
бумагу и смачивают 9 мл воды и растворами гетероауксина
0,01; 0,001; 0,0001 и 0,00001%-й концентрации. В мерный
цилиндр наливают 1 мл 0,01%-го раствора гетероауксина и
94
добавляют 9 мл воды. Смешивают, 9мл раствора наливают
в чашку Петри, а к оставшемуся 1мл добавляют 9 мл воды
и так далее. (Если используются другие стимуляторы роста,
их разводят согласно инструкции). На бумагу кладут по 10
зерновок пшеницы и оставляют на неделю. Через 7 дней
проводят анализ количества и качества проростков (см.
работу 24).
Оценка в
баллах (шт.)
Вариант
5
4
3
2
1
Сумма
баллов
Сила
роста,
%
Сырая
масса, г
надземной
части
(А)
корней
(В)
А/В
Вывод:
Подпись преподавателя:
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ
по разделам «Минеральное питание растений»,
«Рост и развитие растений»
1. Минеральное питание растений: история изучения,
содержание минеральных веществ в растениях.
2. Поглощение минеральных веществ растениями, их
транспорт.
95
3. Азот, доступные формы, круговорот, значение для
растения.
4. Фосфор, доступные формы, круговорот, значение для
растения.
5. Калий, доступные формы, значение для растения.
6. Сера, доступные формы, круговорот, значение для
растений.
7. Кальций, доступные формы, значение для растения.
8. Магний, его значение.
9. Железо, алюминий, кремний.
10. Микроэлементы, доступные формы, значение для
растения.
11. Влияние внутренних и внешних факторов на
минеральное питание растений.
12. Физиологические основы применения удобрений.
13. Понятие о росте и развитии.
14. Четыре фазы развития клеток.
15. Фитогормоны роста.
16. Фитогормоны старения и стресса.
17. Основы биотехнологии.
18. Особенности роста растений (морфогенез).
19. Периодичность и ритмичность роста.
20. Движения растений (тропизмы, настии и таксисы).
21. Онтогенез и его этапы у растений.
22. Эмбриональный этап онтогенеза.
23. Ювенильный этап онтогенеза.
24. Репродуктивный этап онтогенеза.
25. Этап старения растений.
26. Яровизация.
27. Фотопериодизм.
28. Влияние внешних и внутренних факторов на рост и
развитие растений.
96
Рекомендуемая литература
1. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений / под ред. проф. Н.Н. Третьякова. – М.: Колос, 2005.
2. Дымина Е.В., Баяндина И.И. Тестовые задания для
компьютерного контроля знаний студентов по курсу
«Физиология и биохимия растений»: учеб.-метод. пособие/ НГАУ. – Новосибирск, 2008.
3. Рейвн П. И. др. Современная ботаника; пер. с англ. – М.,
1990.
4. Ленинжер А. Биохимия; пер. с англ. – М., 1976.
5. Кнорре Д.К. Биологическая химия / Д.К. Кнорре,
С.Д.Мызина. – М., 2000.
6. Батыгин Н.Ф. Онтогенез высших растений. – М.:
Агропромиздат, 1986.
7. Биологический энциклопедический словарь. – М.:
Советская энциклопедия, 1986.
8. Вахмистров Д.Б. Питание растений. – М.: Знание, 1979.
9. Водный обмен растений / В.Н.Жолкевич, Н.А.Гусев,
А.В.Капля и др. – М.: Наука, 1989.
10.Гэлстон А. Жизнь зеленого растения /А. Гэлстон, П.
Девис, Р.Сэттер. – М.: Мир, 1983.
11.Куперман Ф.М. Морфофизиология растений. – М.:
Высшая школа, 1971.
12.Кузнецов В.В. Физиология растений / В.В. Кузнецов, Г.А.
Дмитриева. – М.: Высшая школа, 2005.
13.Люттге У. Передвижение веществ в растениях /
У.Люттге, Н. Хигинботан. – М.: Колос, 1984.
14.Уоринг Ф. Рост растений и дифференцировка / Ф. Уоринг,
И.Филипс. – М.: Мир, 1984.
15.Физиология растений: учеб. для вузов / под ред. И.П.
Ермакова. – М.: Академия, 2005.
16.Якушкина Н.И. Физиология растений. – М.: Просвещение,
1993.
17.Водный обмен растений. – М.: Наука, 1989.
18.Битюцкий Н.П. Микроэлементы и растение. – СПб.: Изд-
97
во С.-Петербург. ун-та, 1999.
19.Полевой В.В. Фитогормоны. – Л.: Изд-во Ленингр. унта,1982.
7. ПРИСПОСОБЛЕНИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ
Приспособленность растений к условиям среды
является результатом их эволюционного развития
(изменчивости, наследственности и отбора). В процессе
эволюции каждый вид растений выработал определенные
потребности к условиям существования и приспособленность к занимаемой им экологической нише.
В большинстве случаев растения и посевы
сельскохозяйственных культур проявляют способность
к эффективной защите от действия неблагоприятных
факторов
внешней
среды.
Устойчивость
к
ним
возделываемых видов и сортов – обязательные свойства
районированных сельскохозяйственных культур.
Адаптация (приспособление) одного организма
к конкретным условиям среды обеспечивается за
счет
физиологических
механизмов
и
называется
физиологической адаптацией. У популяции организмов
и видов существует генетическая адаптация благодаря
механизмам генетической изменчивости, наследственности
и отбора.
Растения в процессе своего роста и развития часто
испытывают воздействие неблагоприятных факторов
внешней среды. Каждое растение обладает способностью
к адаптации в меняющихся условиях внешней среды в
пределах, обусловленных его генотипом. Ширина нормы
реакции конкретного растения зависит от способности
изменять метаболизм в соответствии с окружающей средой.
Как правило, несильные и кратковременные изменения
факторов внешней среды не приводят к существенным
изменениям физиологических функций растений. Однако
резкие и длительные воздействия приводят к значительному
98
нарушению функций растения, а нередко и к его гибели.
Воздействие неблагоприятных факторов вызывает в
растении стресс. Стресс – это общая неспецифическая
адаптационная реакция организма на действие любых
неблагоприятных факторов. Выделяют три основные
группы факторов (стрессоров), вызывающих стресс у
растений: физические (недостаточная или избыточная
влажность, освещенность, температура, радиоактивное
излучение, механические воздействия); химические (соли,
газы, пестициды, промышленные отходы); биологические
(вредители, возбудители болезней, животные, конкуренция
с другими растениями, цветение, созревание плодов).
При неблагоприятных условиях устойчивость и
продуктивность растений определяется их защитноприспособительными реакциями. Различные виды растений
используют три основных способа защиты:
1 – избегают неблагоприятные воздействия;
2 – имеют специальные, структурные приспособления;
3 – изменяют свои физиологические свойства.
Однолетние сельскохозяйственные культуры зимуют
в виде семян, находящихся в состоянии покоя. Многолетние
культуры – в виде подземных запасающих органов
(корневищ, луковиц). Плодовые деревья и кустарники
сбрасывают листья.
Защитой от неблагоприятных факторов среды служат
особенности анатомического строения растений (кутикула,
кора, механические ткани, жгучие волоски, колючки, и
прочее).
К физиологическим механизмам защиты относятся
выработка смол, токсинов, фитонцидов, защитных белков,
изменение проницаемости мембран, водоудерживающей
способности и вязкости протоплазмы и т.д.
Неблагоприятные факторы, достигшие порогового
значения и превысившие его, вызывают состояние стресса:
обратимые или необратимые повреждения. Какие-то
физиологические функции отклоняются от нормы, а затем
99
возвращаются к норме после прекращения действия
стрессора. Устойчивость растения (сорта) определяется
амплитудой отклонения функции от оптимума и временем
её возвращения к норме. Чем меньше отклонение функции
от оптимума и время возвращения к норме, тем выше
устойчивость растения к данному фактору внешней среды.
Обычно растения отвечают на действие стрессора
снижением своей функциональной активности. Ответные
реакции организма происходят на молекулярном, клеточном,
тканевом, органном, организменном и даже популяционном
уровнях. На клеточном уровне наблюдается ряд
неспецифических реакций:
- уменьшение, а затем увеличение вязкости цитоплазмы;
- повышение проницаемости мембран; сдвиг рН
цито-плазмы в кислую сторону;
- усиление выхода веществ из клеток; возрастание
процессов гидролиза;
- активация синтеза стрессовых белков;
- синтез этилена и АБК.
На организменном уровне усугубляется конкуренция между органами за физиологически активные
вещества. Растение сохраняет минимум генеративных
органов. Ускоряются процессы старения нижних листьев и их опадение. Питательные вещества из них перераспределяются в молодые органы. Утраченные органы
заменяются другими (регенерация). Снижается обмен
веществ, тормозится рост, происходит переход в состояние
покоя.
На популяционном уровне действует естественный
(природные условия) или искусственный (селекционный
процесс) отбор. В условиях стресса гибнут те растения,
у которых более узкая норма реакции на данный
экстремальный фактор. В результате общий уровень
популяции возрастает.
Возможность
приспособления
растений
к
100
неблагоприятным факторам называется закаливанием.
В невысоких дозах повторяющиеся стрессы (недостаток
воды, низкие температуры и др.) приводят к адаптации к
стрессору. Существует закалка семян и молодых растений
низкими и переменными температурами, переменным
увлажнением и др.
Устойчивость растения к неблагоприятным факторам
зависит от фазы его развития. Наиболее устойчивы растения,
находящиеся в состоянии покоя (семена, луковицы, клубни
и т.д.). Наиболее чувствительны к стрессам молодые
проростки и растения, у которых происходит формирование
гамет. У первых происходит нарушение синтеза гормонов,
отвечающих за активный рост и повреждение конусов
нарастания. У вторых резко снижается продуктивность, особенно семенная. Эти периоды называются критическими
для воздействия неблагоприятных факторов. Для каждого
вида сельскохозяйственных растений установлены также
критические уровни конкретных факторов внешней
среды, выше и ниже которых существенно снижается
урожайность.
РАБОТА 26
Определение засухоустойчивости растений путем
проращивания семян на растворах сахарозы
Вводные пояснения. Засухоустойчивость – это
способность растений переносить засуху. Засухоустойчивость обусловлена генетической приспособленностью
растений к условиям произрастания, а также адаптацией
к недостатку воды. По отношению к воде выделяют три
экологические группы растений:
1. Ксерофиты – растения засушливых мест, которые
способны переносить почвенную и атмосферную засуху.
Они подразделяются на три группы по способам защиты от
обезвоживания.
101
Первый тип суккуленты – растения, запасающие
влагу (ложные ксерофиты). К ним относятся кактусы,
молочай, агава, очиток и др. Это растения районов, где
происходит смена дождливых и сухих периодов. Кактусы
имеют мясистые сочные стебли с большим запасом
воды. Листья редуцированы в колючки, эпидермис покрыт
толстым слоем кутикулы, число устьиц мало и открыты они
только в ночное время. Корневая система расположена в
поверхностных слоях, для интенсивного поглощения воды в
период дождей. Для них характерен САМ- тип фотосинтеза
и очень медленный рост. У алоэ и агавы вода запасается в
мясистых листьях.
Второй тип тонколистные ксерофиты – растения,
приспособившиеся добывать воду. К ним относятся
верблюжья колючка, дикий арбуз, полынь, степная люцерна
и др. Эти растения имеют тонкие нежные листья с большим
количеством жилок и устьиц. Корневая система очень
глубокая (до 20 м) и хорошо разветвленная. Клетки корня
имеют высокий осмотический потенциал и могут поглощать
труднодоступную воду, использую большие объемы почвы.
Однако в самый сухой период растения сбрасывают часть
листьев и веток.
Третий тип жестколистные ксерофиты –
растения, переносящие засуху в состоянии анабиоза. К
ним относятся степные злаки, перекати-поле и др. Они
имеют жесткие листья с низким содержанием воды.
Растения отличаются высокой вязкостью протоплазмы и
высоким осмотическим потенциалом. При засухе листья
жестколистных ксерофитов свертываются и устьица
оказываются внутри трубки.
Кроме настоящих ксерофитов в пустынях обитают
ложные ксерофиты эфемеры – растения, избегающие
засухи благодаря короткому жизненному циклу, проходящему в дождливый период (лишайники).
2. Гигрофиты – растения влажных мест. Они имеют большие листья, длинный стебель, слабую корневую
102
систему. Даже небольшое снижение воды вызывает их
завядание.
3. Мезофиты – растения, произрастающие в условиях достаточного увлажнения. К этой группе относится
большинство сельскохозяйственных культур.
Засухоустойчивость сельскохозяйственных растений
– это комплексный признак, связанный со способностью
растительного организма как можно меньше изменять
процессы обмена веществ в условиях недостатка влаги.
Засухоустойчивость определяется:
- способностью регулировать транспирацию за счет
работы устьиц (суточный ход устьичных движений);
- развитой корневой системой (наличием запаса
воды в стеблях или корнях);
- высоким корневым давлением;
- значительной водоудерживающей способностью
тканей (накопление гидрофильных белков, пролина, моносахаридов);
- меньшей повреждаемостью мембран;
- низкой величиной транспирационного
коэффициента;
- ксероморфной структурой листьев;
- защитой молекул ДНК (синтез стрессовых белков);
- адаптивными изменениями гормональной системы
(синтез АБК, этилена, ингибиторов роста фенольной
природы).
Разработаны методы предпосевного закаливания к
засухе. Генкель предложил подсушивать наклюнувшиеся
семена от одного до трех раз. Эффективность закаливания
повышается при замачивании семян в растворах борной
кислоты и при обработке цитокинином. Повышают
засухоустойчивость калийные, фосфорные удобрения и
микроэлементы (цинк, медь). Снижают – азотные, особенно
в больших дозах.
Засухоустойчивые растения обладают высокой
водоудерживающей способностью. Растворы сахарозы
103
повышенной концентрации способны вытягивать воду
из клеток, поэтому чем больше семян какой-либо культуры прорастает на растворе сахарозы, тем большей
засухоустойчивостью она обладает.
Материалы и оборудование: семена пшеницы,
проса, гороха, чашки Петри, фильтровальная бумага,
пинцеты, линейки, растворы сахарозы.
Ход работы. По 50 семян каждой культуры
раскладывают в чашки Петри на фильтровальную бумагу.
В первой чашке бумагу предварительно смачивают водой,
во второй – 15%-м раствором сахарозы, в третьей – 25%-м.
Через неделю подсчитывают количество проросших семян
в каждой чашке и проводят измерения. Данные заносят в
таблицу.
Культура
Концентрация раствора
сахарозы, %
Длина, мм
Всхожесть, %
Расчет:
104
надземной
части
корней
Вывод:
Подпись преподавателя:
РАБОТА 27
Определение солеустойчивости растений путем
проращивания семян на растворах соли
Вводные пояснения. Засоление почвы связано с
накоплением в ней натриевых солей. Наиболее токсичны
карбонаты натрия (NaHCO3), менее токсичны хлориды
(NaCl) и сульфаты (NaSO4). Вредное воздействие солей
проявляется также в высоком осмотическом давлении
почвенного раствора, что обусловливает «физиологическую» сухость почвы. По реакции на засоление почвы
различают две группы растений: галофиты и гликофиты.
Галофиты – это растения засоленных мест обитания.
Среди них различают эугалофиты, криногалофиты и
гликогалофиты.
1. Эугалофиты – это «соленакапливающие» растения с мясистыми стеблями и листьями. Они поглощают
соли из почвы, накапливают их в вакуолях, имеют высокий
осмотический потенциал (солерос).
2. Криногалофиты – это «солевыделяющие»
растения. Они поглощают соли, пропускают их через
себя и накапливают в специальных секретирующих
клетках, которые выводят их на поверхность листьев (лох
серебристый).
3. Гликогалофиты – это «соленепроницаемые»
растения. К ним относятся полынь и лебеда. Они плохо
поглощают соли, а высокое осмотическое давление в
клетках обусловлено высокой концентрацией органических
соединений, особенно углеводов.
105
Гликофиты – это растения пресных мест. Большинство
сельскохозяйственных культур относится к этой группе.
Высокая концентрация солей:
- изменяет их осмотические свойства;
-разрушает цитоплазматические мембраны;
-снижает активность ферментов;
-нарушает белковый обмен (образование аммиака,
кадаверина, путресцина);
- тормозит поглощение элементов минерального
питания (нитратов, фосфора, калия, кальция и др.) и
транспорт их в наземные органы.
Основной ответной реакцией на засоление почвы
является повышение осмотического потенциала клеток,
но повышение концентрации клеточного сока ведет
к торможению роста и, в конечном итоге, к снижению
продуктивности.
Таким образом, рост гликофитов на засоленных
почвах лимитируется тремя факторами: 1) нарушением
водного баланса, 2) нарушением ионного равновесия,
3) солевой токсичностью.
Критическими периодами для большинства культур
являются фазы всходов, проростков и цветения.
К солеустойчивым растениям относятся: ячмень,
горчица, хлопчатник, клевер, капуста, сахарная свекла,
шпинат, облепиха.
Повысить
солеустойчивость
можно
методом
солевой
закалки
семян,
обработкой
растений
физиологически активными веществами (ретардантами,
антитранспирантами), условиями минерального питания и
селекцией сортов.
Соли затрудняют всасывание воды растениями.
При таких условиях прорастание и рост зародышей
затормаживаются. У прорастающих семян пшеницы
сосущая сила равна приблизительно 10 атм. 1 М раствор
поваренной соли имеет сосущую силу 33 атм.
Материалы и оборудование: семена пшеницы,
106
чашки Петри, фильтровальная бумага, пинцеты, линейки,
1 М и 0,5 М растворы поваренной соли, 0,2 и 0,8%-е
растворы NaHCO3.
Ход работы. В чашки Петри кладут фильтровальную
бумагу и наливают в первую 10 мл воды, в другие по 10
мл растворов солей. В каждую чашку раскладывают по
50 семян пшеницы и оставляют на неделю. Через 7 дней
подсчитывают число проросших семян, измеряют длину
проростка и корней. Данные заносят в таблицу.
Вариант
Концентрация
раствора,
%
Вода
-
Длина, мм
Всхожесть,
%
Расчет:
Вывод:
Подпись преподавателя:
107
надземной
части
корней
РАБОТА 28
Обнаружение явления аллелопатии семян
различных растений
Вводные пояснения. При формировании ценоза
(сообщества растительных организмов) происходит изменение среды, вызванное потреблением материальноэнергетических ресурсов и выделением продуктов жизнедеятельности в виде метаболитов, опада и различных
остатков. Аллелопатией называется прямое или косвенное
влияние одного растения на другое путем образования
химических соединений, выделяемых в окружающую среду.
Способностью к выделительной деятельности
обладают все органы растений: корни, листья, стебли,
плоды и семена. Наиболее активные вещества выделяются
из надземной части, наименее активные – из корней.
Выделения растений подразделяют на прижизненные и посмертные. Прижизненные выделения бывают
активные и пассивные. Активные обусловлены нормальной жизнедеятельностью растений, а пассивные – вымыванием веществ из листьев с осадками и прочие. Выделения
растений могут быть водорастворимые и летучие (в виде
газа, пара, аэрозоля или пыли).
Аллелопатия изучает образование физиологически
активных веществ в растениях-донорах, выделение этих
веществ в окружающую среду, их превращения и действие
на другие растения-акцепторы.
Химические вещества участвуют в аллелопатических
взаимодействиях на разных уровнях.
Колины – выделяются высшими растениями и
действуют на высшие растения.
Фитонциды – ингибиторы, продуцируемые высшими растениями и действующие на микроорганизмы.
Маразмины – вещества, выделяемые микроорганизмами и вредные для высших растений.
108
Антибиотики – ингибиторы, продуцируемые
микроорганизмами и действующие на микроорганизмы.
Таким образом, вокруг растительного организма
на протяжении всей жизни создается определенная
биохимическая обстановка, положительно или отрицательно
действующая на него и на другие организмы.
Во время формирования семян в них откладываются
вещества, тормозящие прорастание, и антимикробные
агенты.
Тормозители, во-первых, задерживают прорастание
в неблагоприятное время, во-вторых, подавляют рост
других растений, в-третьих, подавляют деятельность
микроорганизмов.
Среди
веществ
тормозителей,
выделенных из семян, обнаружены ди- и трикарбоновые
кислоты, аминокислоты, ароматические кислоты (кофейная,
коричная), кумарин и др. Из антимикробных веществ
обнаружены различные алкалоиды и фенолы.
Материалы и оборудование: семена пшеницы,
овса, сои, фасоли, чашки Петри, фильтровальная бумага,
пинцеты, линейки.
Ход работы. В чашки Петри, на смоченную водой
фильтровальную бумагу, раскладывают рядами одинаковое
количество семян различных культур. На следующем
занятии определяют количество проросших семян и
измеряют длину корешков и проростков. Данные заносят в
таблицу.
109
Вариант
Культура
Количество
семян, шт.
набухших
Контроль
Контроль
Совместное
проращивание
Контроль
Контроль
Совместное
проращивание
Контроль
Контроль
Совместное
проращивание
Контроль
Контроль
Совместное
проращивание
Расчет:
110
проросших
Длина, мм
корней
проростков
Вывод:
Подпись преподавателя:
РАБОТА 29
Определение жаростойкости растений по степени
повреждения хлорофилла
Вводные пояснения. Жароустойчивость –
это способность растений переносить действие высоких
температур, перегрев. Это генетически обусловленный
признак. По жароустойчивости выделяют три группы
растений:
1. Жаростойкие – термофильные синезеленые водоросли и бактерии горячих источников, способные
переносить до 75…100 0С. Они имеют повышенное содержание РНК в клетках и устойчивость белка к тепловой
коагуляции.
2. Жаровыносливые – растения пустынь и сухих
мест (суккуленты, кактусы, толстянковые), выдерживающие
температуру до 50…650С. Имеют пониженный обмен
веществ и высокую вязкость цитоплазмы.
3. Нежаростойкие – мезофитные и водные растения,
переносят кратковременное воздействие температур до
38…470С.
Большинство сельскохозяйственных растений начинают страдать при температуре 35…400С, когда угнетаются
все физиологические функции. При 500С происходит
свертывание протоплазмы и отмирание клеток. Превышение
критической температуры:
- ведет к денатурации белков и разрушению белковолипидных комплексов мембран, что приводит к потере
осмотических свойств клетки;
111
- повышает расход органических веществ на дыхание;
- усиливает процессы гидролиза, ведущие к образованию вредных продуктов распада (аммиака);
- ослабляет растение, повышает восприимчивость к
болезням;
- индуцирует синтез белков теплового шока.
Особенно чувствителен к высоким температурам
фотосинтез.
Способом защиты от перегрева служит усиление
транспирации. Поэтому сухую жару растения переносят
легче, чем влажную. Повышение температуры обычно
сопровождается повышенной инсоляцией. Растения располагают листья параллельно лучам солнца. Хлоропласты
активно перемещаются, уходя от избыточного освещения.
Некоторые растения имеют специальные приспособления,
защищающие от перегрева. Это складывание и скручивание
листьев, опушение, толстая кутикула, чешуйки и др.
Жаростойкость зависит от фазы развития растений.
Наибольший вред наблюдается на ранних этапах развития и
в период образования генеративных органов, а наименьший
вред – в старых и покоящихся органах.
Материалы и оборудование: листья разных
растений, стаканы, пинцеты, 10%-й раствор HCl, водяная
баня.
Ход работы. Листья испытуемых растений
помещают в водяную баню, нагретую до температуры 400С,
на 30 минут. Часть листьев (первую пробу) переносят в
кристаллизатор с холодной водой. Поднимают температуру
на 50С и через 10 минут берут вторую пробу листьев.
Постепенно поднимают температуру до 600С, отбирая
пробы листьев через каждые 50С. Листья извлекают из воды
и помещают в стаканы с 0,2н раствором соляной кислоты
на 20 минут. Высокая температура разрушает мембраны
и кислота проникает в хлоропласты. Водород заменяет в
хлорофилле магний и образуется феофитин. Растения с
кислым клеточным соком можно в кислоту не помещать.
112
Отметить в таблице процент побурения листьев при разных
температурах и сделать вывод о жаростойкости растений.
Вариант
Температура, 0С
40
45
50
55
60
Вывод:
Подпись преподавателя:
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ
по разделу «Приспособление и устойчивость
растений»
1. Устойчивость растений к неблагоприятным факторам.
Физиология стресса растений.
2. Засухоустойчивость растений.
3. Устойчивость к повышенным температурам – жароустойчивость.
4. Холодостойкость - устойчивость растений к низким
положительным температурам и заморозкам.
5. Морозоустойчивость.
6. Зимостойкость растений.
7. Солеустойчивость.
8. Устойчивость растений к полеганию.
113
9.
10.
11.
12.
13.
Газоустойчивость.
Действие радиации на растения.
Аллелопатические взаимодействия в ценозе.
Устойчивость растений к болезням (иммунитет).
Действие на растения пестицидов.
Рекомендуемая литература
1. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений
/ под ред. проф. Н.Н. Третьякова. – М.: Колос, 2005.
2. Дымина Е.В., Баяндина И.И. Тестовые задания для
компьютерного контроля знаний студентов по курсу
«Физиология и биохимия растений»:учеб.-метод. пособие
/ НГАУ. – Новосибирск, 2008.
3. Рейвн П. И. др. Современная ботаника; пер. с англ. – М.,
1990.
4. Биологический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1986.
5. Гэлстон А. Жизнь зеленого растения / А. Гэлстон, П.Девис,
Р.Сэттер. – М.: Мир, 1983.
6. Коровин А.И. Растения и экстремальные условия. – Л.:
Гидрометеоиздат, 1984.
7. Куперман Ф.М. Морфофизиология растений. – М.: Высшая школа, 1971.
8. Кузнецов В.В. Физиология растений / В.В. Кузнецов,
Г.А.Дмитриева. – М.: Высшая школа, 2005.
9. Курсанова Т.А. Развитие представлений о природе иммунитета растений. – М.: Наука, 1988.
10. Физиология растений: учеб. для вузов / под ред.
И.П.Ермакова. – М.: Академия, 2005.
11. Якушкина Н.И. Физиология растений. – М.: Просвещение,
1993.
114
Вопросы для экзамена по физиологии
и биохимии растений
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Классификация и функции углеводов.
Моносахариды.
Олигосахариды и полисахариды.
Классификация и функции липидов.
Состав и строение жиров.
Состав и строение восков и полярных липидов.
Дезоксирибонуклеиновая кислота, строение и функции.
Рибонуклеиновые кислоты, строение и функции.
Нуклеотиды, строение и функции. Макроэргические
соединения.
10.Аминокислоты, строение и функции.
11.Строение и свойства белков.
12.Классификации белков. Функции белков в растении.
13.Ферменты и механизм их действия.
14.Классификация ферментов.
15.Зависимость активности ферментов от различных
факторов.
16.Окислительно-восстановительные коферменты.
17.Коферменты переноса групп.
18.Жирорастворимые витамины.
19.Водорастворимые витамины.
20.Витамины, являющиеся коферментами.
21.Вторичные вещества и их функции.
22.Терпеноиды.
23.Алкалоиды.
24.Фенольные вещества.
25.Уровни организации жизни и предмет физиологии
растений.
26.Современная концепция строения биологических
мембран.
27.Свойства и функции мембран в клетке.
28. Транспорт веществ через мембраны.
29.Общий план строения растительной клетки.
115
30.Ядро, рибосомы, эндоплазматическая сеть, аппарат
Гольджи.
31.Пластиды и митохондрии.
32.Хлоропласты (состав, структура, функции).
33.Митохондрии (состав, структура, функции).
34.Вакуоли, микротельца, сферосомы.
35.Цитоплазма,
цитоскелет,
клеточная
стенка,
плазмодесмы.
36.Структура и свойства воды. Функции и формы воды в
растении.
37.Клетка как осмотическая система.
38.Водный потенциал.
39.Поглощение воды корнями.
40.Передвижение воды по растению.
41.Транспирация.
42.Виды и показатели транспирации.
43.Водный дефицит и водный баланс.
44.Зависимость поглощения воды от внутренних и внешних
условий.
45.Зависимость транспирации от внутренних и внешних
условий.
46.Общая характеристика фотосинтеза.
47.Фотосинтезирующие пигменты, их строение и функции.
48.Строение мембраны тилакоида.
49.Циклический транспорт электронов при фотосинтезе.
50.Нециклический транспорт электронов при фотосинтезе.
51.Цикл Кальвина (С 3 путь).
52.Цикл Хэтча – Слэка (С 4 путь).
53.САМ метаболизм.
54.Фотодыхание.
55.Лист как орган фотосинтеза.
56.Показатели фотосинтеза.
57.Влияние внутренних факторов на фотосинтез.
58.Влияние внешних факторов на фотосинтез.
59.Общая характеристика дыхания.
60.Основные этапы дыхания.
116
61.Ферменты дыхания.
62.Гликолиз.
63.Цикл Кребса.
64.Электрон-транспортная цепь митохондрий.
65.Пентозофосфатный путь дыхания.
66.Глиоксилатный цикл дыхания.
67.Виды брожения и их связь с дыханием растений.
68.Дыхательный коэффициент.
69.Влияние внутренних факторов на дыхание.
70.Влияние внешних факторов на дыхание.
71.Элементный состав растений.
72.История развития учения о питании растений.
73.Азот: доступные формы, круговорот, значение для
растения.
74.Фосфор: доступные формы, круговорот, значение для
растения.
75.Калий и сера: доступные формы и значение для
растения.
76.Магний, кальций, алюминий, кремний: доступные формы и значение для растения.
77.Микроэлементы: доступные формы и значение для
растения.
78.Механизм поглощения минеральных элементов растениями.
79.Физиологические основы применения удобрений.
80.Влияние внутренних и внешних факторов на минеральное питание растений.
81.Общие закономерности роста.
82.Онтогенез растительной клетки.
83.Фитогормоны роста (ауксины и цитокинины).
84.Фитогормоны роста (гиббереллины и брассины).
85.Фитогормоны старения и стресса (абсцизины, этилен,
жасмонаты).
86.Онтогенез, его этапы у растений.
87.Эмбриональный этап онтогенеза растений.
88.Ювенильный этап онтогенеза растений.
117
89.Репродуктивный этап онтогенеза растений.
90.Сенильный этап в онтогенезе у растений.
91.Фотопериодизм.
92.Яровизация.
93.Влияние внутренних и внешних факторов на рост и
развитие растений.
94.Физиологические основы биотехнологии.
95.Культура тканей.
96.Методы получения трансгенных растений.
97.Физиология стресса и адаптивные возможности растений.
98.Механизмы стресса на клеточном, организменном и
популяционном уровнях.
99.Холодостойкость растений и устойчивость к заморозкам.
100. Морозоустойчивость растений.
101. Жароустойчивость растений.
102. Засухоустойчивость растений.
103. Причины полегания растений, пути борьбы с ним.
104. Солеустойчивость растений.
105. Физиология устойчивости растений к инфекции.
ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ
• Абиотические факторы – освещение, температура,
влажность и другие, необходимые для жизни условия,
возникновение и действие которых прямо не зависят от
деятельности живых организмов.
• Автотроф, автотрофный организм – живое существо, способное к самостоятельному синтезу органических
соединений своего тела за счет углекислого газа,
воды и энергии света (фотосинтеза). К автотрофам
принадлежат все зеленые наземные растения и водоросли, содержащие фотосинтетические пигменты, и
хемотрофные бактерии.
• Адаптация – приспособление к изменившимся условиям
существования от кратковременных ответных реакций до
118
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
генетических изменений, закреплённых естественным
отбором.
Аккумуляция, накопление – поступление веществ в
клетку, ткань и орган.
Активатор – вещество (чаще всего ион металла),
которое приводит фермент в более активное состояние.
Активный центр фермента – это особый участок
белка, где может связываться субстрат с образованием
фермент-субстратного комплекса.
Алейроновые зерна – цитоплазменные гранулы, окруженные мембраной и содержащие запасные белки.
Алкалоиды – гетероциклические соединения, содержащие в гетероцикле азот.
Альбумины – простые белки, растворимые в воде.
Аминокислоты – мономеры белка.
Амфотерность – свойство вещества образовывать либо отрицательные, либо положительные ионы.
Анабиоз – нежизнедеятельное состояние организма,
вызванное пересыханием, глубоким охлаждением, при
котором сохраняется вся организация живых клеток и их
жизнеспособность. В отличие от состояния покоя обмен
с окружающей средой прекращается.
Анаэробный – процесс или организм, которые не нуждаются в кислороде (факультативно анаэробный) или
не могут существовать в его присутствии (облигатно
анаэробный).
Анион – ион, несущий отрицательный заряд.
Антагонизм ионов – снижение одними катионами
ядовитого эффекта других, обусловленного их
взаимодействием с коллоидами протоплазмы.
Антивитамины – вещества, инактивирующие витамины и оказывающие на организм противоположное им
действие. По своему строению многие антивитамины
близки к соответствующим витаминам и являются их
структурными аналогами.
Апекс – кончик, верхушка.
119
• Апикальная меристема – область делящихся клеток в
верхушечных частях побега или корня.
• Апопласт – комплекс клеточных стенок и межклетников.
• Ассимиляты – первичные органические вещества,
образующиеся в хлоропластах при фотосинтезе.
• Ассимиляция (анаболизм) – превращение организмом
веществ, поступающих извне, в соединения, тождественные обычным составным веществам данного
организма. Иногда ассимиляцией называют процесс
фотосинтетического усвоения углекислоты.
• Аэробный – требующий кислорода для нормального
обмена веществ.
• Белки – высокомолекулярные азотсодержащие вещества, состоящие из аминокислот, связанных между собой
пептидными связями.
• Биогеоценоз – участок земной поверхности вместе с
сообществом растительных и животных организмов,
являющийся исторически сформировавшимся комплексом.
• Брожение – ферментативное разложение органических
веществ на более простые соединения, вызываемое
бактериями; различают обычно по концевому продукту:
спиртовое, уксусное, молочно-кислое брожение и т.д.
• Вакуоль – полость в клетке, заполненная клеточным
соком.
• Вегетационный период - часть времени года,
позволяющая выращивать растения на открытом
воздухе.
• Витамины – группа разнообразных по химической
структуре органических соединений, необходимых для
нормальной жизнедеятельности организма, синтез
которых в организме отсутствует или ограничен.
• Водоудерживающая
способность
почвы
–
количество воды в г на 100 г почвы, содержащееся в
набухающих коллоидах и капиллярных промежутках
почвы.
120
• Воск – это сложный эфир одноосновного жирного
спирта (22-32 атомов углерода) и жирной кислоты (2436 атомов углерода).
• Вторичная структура белка – способ укладки
полипептидной цепи в упорядоченную структуру.
• Галофиты – растения засоленных местообитаний.
• Гелиофиты - растения солнечных местобитаний.
• Гелофиты
–
растения
затопляемых
водой
местообитаний.
• Ген – единица наследственного вещества; локализованный участок хромосомы (локус), содержащий
ДНК и обусловливающий передачи наследственной
информации от клетки к клетке и ее реализацию путем
синтеза информационной, матричной и рибосомальной
РНК.
• Геном – гаплоидный набор хромосом с локализованными
в нем генами. В более широком понимании - совокупность
ядерных элементов генетической конституции организма.
• Гетеротрофность – неспособность к самостоятельному синтезу каких-либо веществ.
• Гетеротрофы – организмы, синтезирующие необходимые вещества за счёт готовых органических
соединений.
• Гигрофиты – растения, требующие много воды, растут
лишь на влажных почвах.
• Гидроактивное движение устьиц – закрывание
устьиц в жаркое время дня в результате возникающего
недостатка водного насыщения.
• Гидролазы – ферменты, катализирующие реакции гидролиза.
• Гидролиз – разложение веществ, происходящее с
присоединением молекулы воды. При гидролизе к одной
части расщепляющейся молекулы присоединяется
водород, а к другой гидроксильная группа.
• Гидропассивное закрытие устьиц – закрывание
устьиц вследствие сдавливания замыкающих клеток
121
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
соседними клетками эпидермиса при очень высокой
степени насыщенности листьев водой.
Гидрофиты – водные растения, постоянно живущие в
воде.
Гипертонический раствор - раствор, имеющий осмотическое давление более высокое, чем осмотическое
давление клеточного сока.
Гипотонический раствор – раствор, имеющий осмотическое давление ниже, чем у сравниваемого с ним
клеточного сока.
Гликолипиды – сложные эфиры жирных кислот и глицерина, в состав которых входит углевод.
Глобулины – простые белки, растворимые в растворах
солей.
Глобулярные белки – характеризуются небольшим
отношением длины к диаметру молекулы (несколько
единиц).
Глютелины – простые белки, растворимые в слабых
щелочах.
Гомеостаз – устойчивое равновесное состояние, которое
стремится занять кибернетическая саморегулируемая
система.
Гормоны – вещества высокой физиологической активности, вырабатываемые в какой-либо части живого
организма и перемещающиеся в другую часть.
Гравитационная вода – почвенная вода, которая
под действием силы тяжести свободно опускается по
крупным промежуткам между частицами почвы.
Гумус – органическое вещество почвы; состоит из гуминовых кислот, которые образуются в результате распада
разных органических остатков и частично синтеза из
промежуточных продуктов распада.
Гуттация – способность растений выделять воду
в капельно-жидкой форме из специальных водяных
устьиц - гидатод, расположенных на листьях.
Денатурация – это нарушение третичной и вторичной
122
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
структуры белков с потерей биологической активности
при обезвоживании, нагревании, воздействии кислот и
солей металлов.
Дефицит водный – нарушение водного баланса
растения вследствие преобладания расхода воды над
ее поступлением.
Дефолиация – сбрасывание листьев растениями,
вызываемое действием химических веществ либо
происходящее естественным путем.
Диссимиляция (катаболизм) – распад в живой ткани
органических веществ, связанный с образованием
необходимой для жизнедеятельности энергии.
Дитерпены – терпеноиды, содержащие четыре С5единицы, 20 атомов углерода.
Дыхательный коэффициент – отношение объема
углекислого газа, выделяемого при дыхании, к объему
поглощенного при этом кислорода.
Жирные кислоты – высшие карбоновые кислоты,
входящие в состав жиров.
Жиры – сложные эфиры жирных кислот и трехатомного
спирта глицерина.
Закаливание, закалка – воспитание, выработка
у растений фенотипа, устойчивого к перенесению
неблагоприятных условий.
Заменимые
аминокислоты
–
аминокислоты,
синтезируемые в организме в достаточном количестве.
Засухоустойчивость – способность растений переносить атмосферную и почвенную засуху благодаря
наличию физиологических и морфологических механизмов, позволяющих добывать воду и экономно ее
расходовать.
Зимостойкость – комплексная устойчивость растений
против неблагоприятных факторов зимы (морозов,
чередующихся с оттепелями, ледяной корки, снеговалов,
выпревания и вымокания).
Изотонический раствор – раствор, имеющий осмо-
123
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
тическое давление, равное осмотическому давлению
клеточного сока.
Изомеразы – ферменты, катализирующие превращение
в изомеры.
Изоэлектрическая точка (ИЭТ) – значение рН, при
котором данное амфотерное вещество не мигрирует ни
к одному из электрических полюсов.
Изоэлектрическая точка белка – значение рН среды,
при котором заряд белка равен нулю.
Интенсивность транспирации – количество воды,
испарившееся за единицу времени с единицы площади
листовой поверхности.
Кальциефилы – растения, предпочитающие известковые
почвы.
Кальциефобы – растения, избегающие почв с повышенным содержанием кальция.
Капиллярная вода – вода, движущаяся по мелким
капиллярам почвы; удерживается в почве с небольшой
силой и почти вся доступна для растений.
Катион – ион, несущий положительный заряд.
Кодон – единица генетической структуры (гена), копирующая положение одной аминокислоты в молекуле
белка. Состоит из последовательности трех нуклеотидов.
Компенсационная точка – сочетание внешних условий
(свет, температура), при котором процессы фотосинтеза
и дыхания вполне уравновешивают друг друга; при
этом растение не обнаруживает ни прироста, ни убыли
органического вещества, а окружающая атмосфера не
обогащается ни кислородом, ни углекислотой.
Конституционные вещества – вещества, из которых
состоят протопласты и оболочки живых клеток.
Криофиты – растения сухих и холодных мест.
Кристы – впячивания внутренней мембраны митохондрий.
Ксерофиты – растения засушливых местностей,
способные переносить длительные почвенные и
124
атмосферные засухи.
• Ксилема – сосудистая ткань растения, основной элемент
проводящей системы, по которой передвигаются вода и
минеральные соли.
• Кутикула – защитный слой на внешней стороне эпидермальных клеток. Кроме кутина, в состав кутикулы
входят воска.
• Кутин – жироподобное вещество (смесь эфиров
жирных кислот), которое отлагается в растительных
перегородках, пропитывает клеточные стенки и образует
кутикулу.
• Лейкопласты – неокрашенные пластиды.
• Лиазы – ферменты, катализирующие реакции отщепления с образованием двойной связи либо
присоединения по двойной связи.
• Лигазы – ферменты, катализирующие реакции синтеза,
сопровождающиеся гидролизом АТФ.
• Липиды – природные неполярные соединения, нерастворимые в воде, но растворимые в неполярных
растворителях.
• Макроэргические соединения – соединения, при
гидролизе особой связи которых выделяется более 25
кДж/моль энергии.
• Мезофиты – растения умеренных климатических зон,
все наши культурные растения являются мезофитами.
• Метаболизм – обмен веществ, совокупность процессов
биохимического превращения веществ и энергии в
живых организмах.
• Метаболиты – продукты жизнедеятельности клеток.
• Микротрубочки цитоплазматические - нитевидные цилиндрические образования с гладкими стенками, не ветвящиеся. Могут выполнять опорные функции, участвуют в построении клеточной стенки, внутриклеточного транспорта веществ и в митозе.
• Микрофибрилла – тонкая целлюлозная нить, состоящая
из нескольких мицелл или элементарных волокон и
125
образующая скелетную часть клеточной оболочки.
• Митохондрии – клеточные органеллы, имеющие
форму нитей, палочек, шариков или чечевичек.
Обладают мощным ферментативным аппаратом, в них
осуществляются основные процессы дыхательного
метаболизма. Снаружи митохондрии покрыты двойной
мембранной оболочкой, к которой прикреплено большое
количество внутренних перегородок, имеющих форму
складок (крист), мешочков и трубочек.
• Моносахариды – углеводы, не подвергающиеся гидролизу.
• Монотерпены – терпеноиды, содержащие две С5-единицы, 10 атомов углерода.
• Морозостойкость – способность клеток, тканей и целых растений переносить охлаждение ниже 0°С.
• Морфогенез – возникновение и развитие органов
и частей организма; почти всегда сопровождается
дифференциацией тканей и появлением отчётливых
различий между частями зародыша (почки).
• Мутагены, мутагенные факторы – условия, которые
повышают число мутаций.
• Настия – ненаправленное активное движение органов
растения, обусловленное внешним раздражением и
соответствующее их строению и функции.
• Незаменимые аминокислоты – аминокислоты, не
синтезируемые в организме, а поступающие с пищей.
• Незаменимые жирные кислоты – жирные кислоты,
не синтезируемые в организме, а поступающие с пищей.
• Нитрификация – процесс окисления аммиака в азотную
кислоту через промежуточную стадию азотистой кислоты,
осуществляемый нитрифицирующими бактериями.
• Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономерами
которых служат нуклеотиды, связанные между собой
фосфодиэфирными связями.
• Нуклеоплазма – содержание ядра, за исключением
хромосом и ядрышка; часть клетки бактерий или
126
синезелёных водорослей, выполняющая функции ядра.
• Нуклеотид – мономер нуклеиновых кислот. Состоит
из трех частей: азотистого основания, моносахарида
пентозы и остатка фосфорной кислоты.
• Оксидоредуктазы – ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.
• Олигосахариды – углеводы, в результате гидролиза
которых образуются моносахариды.
• Онтогенез – индивидуальное развитие живого организма от зарождения до естественной смерти.
• Осмос – обмен растворённых частичек между двумя
разделёнными пористой перегородкой жидкостями.
• Паренхима – основная или наполняющая ткань.
Состоит из округлых (изодиаметрических), малодифференцированных клеток и образует ассимиляционные и запасающие органы.
• Пептидная связь – связь, которой соединены аминокислоты в белке.
• Первичная структура белка – порядок чередования
аминокислотных остатков в полипептидной цепи.
• Плазмалемма – наружная мембрана протоплазмы,
отделяющая её от клеточной оболочки.
• Плазмодесмы – протоплазматические нити (тяжи),
имеющие мембранную структуру и соединяющие протопласты соседних клеток.
• Плазмолиз – отделение протоплазмы от клеточной
стенки и свёртывание внутри клетки.
• Пластиды – это ограниченные двойной мембраной
округлые или овальные органоиды, содержащие внутреннюю систему мембран.
• Полисахариды – биополимеры, мономерами которых
служат моносахариды.
• Полисома – группа рибосом, объединённая молекулой
информационной РНК и осуществляющая синтез белка.
• Политерпены содержат n изопреновых единиц
(приблизительно от 7,5 до 300 тыс. углеродных атомов).
127
• Полярные липиды – фосфолипиды и гликолипиды.
• Порог
раздражения
(чувствительности)
–
минимальная интенсивность раздражения для того,
чтобы вызвать возбуждение чувствующего органа.
• Проламины – простые белки, растворимые в этиловом
спирте.
• Протеиногенные аминокислоты – аминокислоты,
входящие в состав белка.
• Раздражитель – внешний фактор, вызывающий
определенную, но чаще общую неспецифическую реакцию организма.
• Регенерация – восстановление организмом утраченных
частей тела.
• Резистентный – стойкий, устойчивый, невосприимчивый
к какому- либо фактору.
• Репродуктивные органы – органы, связанные с
функцией полового размножения (цветок, плод, семя).
• Ретикулум эндоплазматический (эндоплазматическая сеть) – система мелких трубчатых или
пузыревидных плазматических образований, окружённых непрерывной мембраной и гомогенным бесструктурным
содержимым
(цитоплазматическим
матриксом).
• Рибосомы – плотные сферические цитоплазматические
гранулы, являющиеся глобулярными молекулами рибонуклеопротеида и участвующие в синтезе белка
• Сесквитерпены – терпеноиды, содержащие три С5единицы, 15 атомов углерода.
• Субстрат – вещество, подвергающееся ферментативному воздействию и превращающееся в продукт.
• Субстратная специфичность – фермент катализирует превращение только одного субстрата.
• Тетратерпены – терпеноиды, содержащие восемь С5единиц, 40 атомов углерода. Тетратерпены включают в
себя одну единственную группу – каротиноиды.
• Тилакоид - фотосинтетическая мембрана, в которой
128
сосредоточен фотосинтетический аппарат.
• Толерантный – терпимый, хорошо переносящий
воздействие внешнего фактора.
• Тонопласт – вакуолярная мембрана.
• Транспирационный коэффициент – количество воды
в граммах, израсходованное на накопление растением 1
г сухого вещества.
• Трансферазы – ферменты, катализирующие реакции
переноса групп с одной молекулы на другую.
• Третичная структура белка – способ укладки полипептидной цепи в пространстве.
• Тритерпены – терпеноиды, содержащие шесть С5единиц, 30 атомов углерода.
• Тропизм – активное, самостоятельное ростовое движение частей растения по направлению к источнику
раздражения или от него, вызванное внешним
раздражением.
• Тургор – состояние внутреннего напряжения клетки,
обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на её оболочку.
• Углеводы – полигидроксикарбонильные соединения и
их производные.
• Фенольные вещества – это соединения, в молекулах
которых содержится ароматическое (бензольное)
кольцо с ОН-группами.
• Фенотип – совокупность всех внешних и внутренних
структур и функций организма.
• Фибриллярные белки – характеризуются высоким
отношением их длины к диаметру (несколько десятков
единиц).
• Филогенез – процесс эволюционно - исторического
развития данной формы животных или растений.
• Фитоценоз – растительное сообщество, характеризующееся сравнительно постоянным составом и закономерно
возникающее при наступлении соответствующих условий.
129
• Флавоноиды – фенольные соединения, состоящие из
двух бензольных колец и одного гетероциклического.
• Флоэма – лубяная часть, в общем, внешняя часть
сосудистого пучка, состоящая из ситовидных трубок
(клетки с живым протопластом, но без ядер) и клеток
луба.
• Фосфолипиды – сложные эфиры многоатомных спиртов
и жирных кислот, содержащие остатки фосфорной
кислоты и связанные с нею добавочные соединения.
• Фотоактивное движение устьиц – открывание
устьиц при переходе от темноты к свету.
• Фотопериодизм – реакция растений на соотношение
светлого и темного периодов суток.
• Хлороз – желтоватая окраска листьев, обусловленная
разными причинами, например недостатком железа,
которое необходимо для синтеза хлорофилла. Он может
быть связан с недостатком и др. элементов, а также с
некоторыми вирусными заболеваниями, вызывающими
нарушение синтеза хлорофилла.
• Хлоропласты – пластиды дисковидной формы, состоят
из пачек отграниченных мембранами дисководных
камер (гран), или уплощенных пузырьков (тилакоидов),
образующих ламеллу.
• Хлорофилл – зеленый пигмент, локализованный в
мембранах тилакоидов хлоропластов.
• Холодостойкость – способность растений переносить
низкие положительные температуры.
• Хромопласты – пластиды, имеющие продолговатую,
лопастную, угловатую, шаровидную форму желтого или
оранжевого цвета благодаря включениям каратиноидов.
Могут образовываться самостоятельно, а так же из
хлоропластов и лейкопластов.
• Цитоплазма – наименее дифференцированная
часть протопласта, окружающая все остальные его
компоненты (ядро, пластиды и т.д.). Жидкое, не имеющее
структуры основное вещество цитоплазмы, называют
130
гиалоплазмой.
• Четвертичная структура белка – структура,
состоящая из определенного числа полипептидных
цепей, занимающих строго фиксированное положение
относительно друг друга.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Барахтенова Л.А. Полевой практикум по физиологии/
Л.А.Барахтенова,
А.А.Кузнецова,
В.В.Габов.
–
Новосибирск, 2008.
2. Баславская С.С. Практикум по физиологии растений/
С.С. Баславская, О.М.Трубецкова. – М., 1964
3. Вальтер О.А. Практикум по физиологии растений с
основами биохимии / О.А. Вальтер, Л.М.Пиневич,
Н.Н.Варасов. – М.; Л., 1957.
4. Васильева З.К. Учебное пособие по физиологии
растений/ З.К. Васильева, Г.А.Кириллова, А.В.Строчкова.
– М., 1977.
5. Викторов Д.П. Малый практикум по физиологии
растений. – М., 1983.
6. Живухина Г.М. Практические занятия по физиологии
растений. – М., 1971.
7. Ким Е.Ф. Физиология и биохимия растений.
Лабораторный практикум. – Горно-Алтайск, 1997.
8. Клейн Р.М. Методы исследования растений / Р.М. Клейн,
Д.Т.Клейн. – М., 1974.
9. Малый практикум по физиологии растений / под ред.
А.Т. Мокроносова. – М., 1994.
10. Малый практикум по физиологии растений / под ред.
М.В. Гусева. – М., 1982.
11. Михалевская
О.Б.
Практикум
по
физиологии
растительных клеток. – М., 1975.
12. Практикум по биохимии растений / под ред. В.В.
Полевого и С.М. Щипарева. – СПб., 1996.
13. Практикум по физиологии растений / под ред. В.Б.
131
Иванова. – М., 2001.
14. Практикум по физиологии растений / под ред. И.И.
Гунара. – М., 1972.
15. Практикум по физиологии растений / под ред. Н.Н.
Третьякова. – М., 1990.
16. Сакс А.И. Практикум по физиологии и биохимии
растений для агрономов / А.И. Сакс,Т.К.Мельник. –
Новосибирск, 1962.
17. Сказкин Ф.Д. Практические занятия по физиологии
растений / Ф.Д. Сказкин, Е.И. Ловчиновская,
Т.А.Красносельская. – М., 1948.
132
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение..........................................................................
3
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ
ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ.....................
5
1. БИОХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ.....................
6
РАБОТА 1. Получение растворов моносахаридов,
олигосахаридов и полисахаридов. Изучение их
свойств..............................................................................
РАБОТА 2. Получение раствора растительного белка
и изучение его свойств....................................................
РАБОТА 3. Растительные жиры и их основные
свойства...........................................................................
РАБОТА 4. Гидролиз крахмала амилазой......................
РАБОТА 5. Обнаружение дубильных веществ в
тканях растений...............................................................
РАБОТА 6. Обнаружение алкалоидов в тканях
растений..........................................................................
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ по разделу «Биохимия
растительной клетки».....................................................
ВОПРОСЫ К ПЕРВОМУ КОЛЛОКВИУМУ ПО
БИОХИМИИ для агроэкологов.......................................
ВОПРОСЫ КО ВТОРОМУ КОЛЛОКВИУМУ ПО
БИОХИМИИ для агроэкологов.......................................
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА..................................
2. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ..............
РАБОТА 7. Окрашивание живых и мертвых клеток
нейтральным красным...................................................
РАБОТА 8. Сравнение проницаемости мембран
живых и мертвых клеток для клеточного сока..............
РАБОТА 9.Обнаружение тонопласта по де Фризу........
3. ВОДООБМЕН РАСТЕНИЙ........................................
133
7
13
17
20
25
27
29
30
30
31
32
36
37
38
40
РАБОТА 10. Плазмолиз и деплазмолиз.........................
РАБОТА 11. Определение осмотического потенциала
клеточного сока плазмолитическим методом
де Фриза...........................................................................
РАБОТА 12. Определение сосущей силы ткани
по изменению концентрации внешнего раствора
методом Шардакова........................................................
РАБОТА 13. Определение степени раскрытия устьиц
методом инфильтрации по Молишу...............................
РАБОТА 14. Защитная роль пробковой ткани...............
РАБОТА 15. Весовой метод определения
интенсивности транспирации по Иванову.....................
РАБОТА 16. Интенсивность испарения воды живыми
и убитыми листьями........................................................
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ по разделам «Физиология
растительной клетки», «Водообмен растений»............
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.................................
41
43
47
50
51
53
55
56
57
4. ФОТОСИНТЕЗ И ДЫХАНИЕ РАСТЕНИЙ..................
58
РАБОТА 17. Пигменты фотосинтеза и их свойства......
РАБОТА 18. Сравнение интенсивности дыхания
разных растительных объектов.....................................
РАБОТА 19. Определение активности каталазы в
растительных объектах..................................................
РАБОТА 20. Обнаружение активности ферментов
дегидрогеназ в растениях...............................................
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ по разделу «Фотосинтез
и дыхание растений».......................................................
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА..................................
61
5. МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ....................
76
РАБОТА 21. Микрохимический анализ золы
растений..........................................................................
78
134
70
72
73
74
75
РАБОТА 22. Определение общей и рабочей
адсорбирующей поверхности корневой системы
методом Сабинина и Колосова......................................
82
6. РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ.................................
86
РАБОТА 23. Периодичность роста растений................
РАБОТА 24. Определение силы роста семян методом
морфофизиологической оценки проростков................
РАБОТА 25. Определение физиологической
активности стимуляторов роста.....................................
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ по разделам «Минеральное
питание растений», «Рост и развитие растений»........
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.................................
88
7. ПРИСПОСОБЛЕНИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ
РАСТЕНИЙ......................................................................
РАБОТА 26. Определение засухоустойчивости
растений путем проращивания семян на растворах
сахарозы..........................................................................
РАБОТА 27. Определение солеустойчивости
растений путем проращивания семян на растворах
соли..................................................................................
РАБОТА 28. Обнаружение явления аллелопатии
семян различных растений............................................
РАБОТА 29. Определение жаростойкости растений
по степени повреждения хлорофилла..........................
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ по разделу «Приспособление и
устойчивость растений»..................................................
92
94
95
97
98
101
105
108
111
113
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.................................
114
Вопросы для экзамена по физиологии и биохимии
растений..........................................................................
Терминологический словарь.........................................
115
118
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................
131
135
Авторы:
Дымина Елена Владимировна
Баяндина Ирина Ивановна
Практические занятия по физиологии
и биохимии растений
Редактор: Н.К. Крупина
Компьютерная вёрстка: Т.А. Измайлова
Подписано к печати 12.07.2010 г.
Формат 60 х 84 1/16 Тираж 300 экз.
Объем 4 уч. - изд. л. Изд. № 147. Заказ № 200
Отпечатано в издательстве НГАУ «Золотой колос»
630009, РФ, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160, офис 106.
Тел./факс (383) 267-09-10. E-mail: [email protected]