Рисунок 1. Строения листа у растений, имеющих С3

Министерство общего и профессионального образования
Свердловской области
Управление образования города Нижний Тагил
МАУ ДО «Городская станция юных натуралистов»
Влияние света на некоторые морфологические особенности растений и
на содержание фотосинтетических пигментов
Исполнитель:
Скрябина
Анна Евгеньевна, учащаяся
8 класса МБОУ СОШ №
75/42
Руководители: Зиннатова
Эльвира Рашидовна,
педагог д/о МАОУ ДО
ГорСЮН, к.б.н.;
Черенкова
Светлана
Валерьевна,
учитель
биологии
1
квалификационной категории
МБОУ СОШ № 75/42
Нижний Тагил,
2015
Оглавление
Введение ………………………………………………………………….
3
Глава 1. Значение процесса фотосинтеза и история его изучения …… 5
1.1 Регуляция фотосинтеза на уровне листа …………………………… 7
1.2 Функции тканей листа в процессе фотосинтеза …………………… 8
1.3 Хлоропласты – органеллы фотосинтеза ……………………………. 10
1.4 Пигменты фотосинтеза ………………………………………………
12
Глава 2. Влияния света на процесс фотосинтеза и образование
14
фотосинтетических пигментов ………………………………………….
Глава 3. Практическая часть ……………………………………………. 16
3.1 Материал и оборудование …………………………………………
16
3.2 Ход работы ………………………………………………………….
16
3.3 Результаты исследования ……………………………………………. 17
Выводы ……………………………………………………………………
22
Список использованной литературы …………………………………… 23
2
Введение
Хлорофилл. Это, пожалуй, - самое интересное из органических веществ.
Ч. Дарвин
Стоит зеленому листу прекратить работу на несколько лет, и все живое
население земного шара, в том числе и все человечество погибнет.
С.П. Костычев
Жизнь людей всегда была тесно связана с миром растений. С
древнейших времен человек употреблял растения в пищу, изготовлял из них
одежду, инструменты, оружие, использовал для постройки жилища, получал
из них краски, лекарства, яды. Жизнь на Земле зависит от Солнца. Именно
зеленый лист растения, как специализированный орган фотосинтеза, является
приемником и накопителем энергии солнечных лучей на Земле.
Фотосинтез – уникальный процесс создания органических веществ из
неорганических. Это единственный на нашей планете процесс, связанный с
превращением энергии солнечного света в энергию химических связей,
заключенную в органических веществах. Таким способом поступившая из
космоса энергия солнечных лучей, запасенная зелеными растениями в
углеводах, жирах и белках, обеспечивает жизнедеятельность всего живого
мира – от бактерий до человека.
Выдающийся русский ученый конца ХIХ – начала ХХ в. Климент
Аркадьевич Тимирязев (1843-1920) роль зеленых растений на Земле
назвал космической.
Продуктивность фотосинтеза зависит от факторов внешней среды:
интенсивности и качества света, концентрации СО2, температуры, водного
режима тканей листа, минерального питания и другого. Влияние этих
факторов и адаптация к ним растений очень существенны.
Цель работы – установить влияние света на формирование листьев,
побегов растения и содержание фотосинтетических пигментов.
3
Задачи:
1. Изучение литературы по данной теме.
2. Проанализировать формирование побегов растений под воздействием
разной степени освещения.
3. Определение зависимости содержания фотосинтетических пигментов в
листьях растений от интенсивности освещения.
4. Определение наиболее чувствительных видов растений к различным
условиям светового довольствия.
Объект – горох, рожь, кабачок, огурец.
Предмет
–
морфологические
признаки
и
содержание
фотосинтетических пигментов в листьях растений.
Методы: наблюдения, спектрофотометрический анализ концентрации
пигментов.
Гипотеза: мы предполагаем, что формирование побегов и содержание
фотосинтетических пигментов в листьях растений будет зависеть от
условий светового довольствия.
4
Глава 1. Значение процесса фотосинтеза и история его изучения
Из всех перечисленных типов питания углеродом фотосинтез зеленых
растений, при котором построение органических соединений идет за счет
простых неорганических веществ (СО2 и Н2О) с использованием энергии
солнечного света, занимает совершенно особое место. Общее уравнение
фотосинтеза:
6СО2 + 12Н2О = С6Н12О6 + 6О2 + 6Н2О
Фотосинтез – это процесс, при котором энергия солнечного света
превращается в химическую энергию. В самом общем виде это можно
представить
следующим
образом:
квант
света
(hv)
поглощается
хлорофиллом, молекула которого переходит в возбужденное состояние, при
этом электрон переходит на более высокий энергетический уровень. В
клетках зеленых растений в процессе эволюции выработался механизм, при
котором энергия электрона, возвращающегося на основной энергетический
уровень, превращается в химическую энергию. Только с помощью зеленых
растений энергия Солнца может накапливаться в виде энергии химических
связей. Большая часть энергии, используемой человеком на заводах и
фабриках, т. е. энергия, благодаря которой происходит движение различных
механизмов, машин и самолетов,– это все энергия Солнца, преобразованная в
зеленом листе. Запасание энергии в результате фотосинтеза происходит на
различные промежутки времени: от минут, часов до сотен миллионов лет
(достаточно вспомнить образование торфа и каменного угля в результате
разложения растений) (Якушкина, 2005).
В процессе фотосинтеза из простых неорганических соединений (СО2,
Н2О) строятся различные органические вещества. В результате происходит
перестройка химических связей: вместо связей С–О и Н–О возникают связи
С–С и С–Н, в которых электроны занимают более высокий энергетический
уровень. Таким образом, богатые энергией органические вещества, которыми
5
питаются и за счет которых получают энергию (в процессе дыхания)
животные и человек, первоначально создаются в зеленом листе. Можно
сказать, что практически вся живая материя на Земле является результатом
фотосинтетической деятельности.
Исследования показали также, что почти весь кислород атмосферы
фотосинтетического происхождения. Следовательно, процессы дыхания и
горения стали возможны только после того, как возник фотосинтез. Все это и
позволяет говорить о космическом значении фотосинтеза. Появление
свободного кислорода в атмосфере Земли вызвало значительные изменения
во всей живой природе. Возникли аэробные организмы, способные усваивать
кислород. На поверхности Земли процессы приняли биогеохимический
характер, произошло окисление соединений железа, серы, марганца и др.
Изменился состав атмосферы: содержание СО2 и аммиака снизилось, а
кислорода и азота возросло. Возникновение озонового экрана, который
задерживает опасную для живых организмов ультрафиолетовую радиацию,
также является следствием появления кислорода. Озон (О3) образуется из
О2 в верхних слоях атмосферы под действием солнечной радиации. В
настоящее время существует опасность частичного разрушения озонового
экрана вследствие загрязнения атмосферы промышленными и другими
отходами. Фотосинтез имеет важнейшее значение и в жизни самого
растительного организма, являясь процессом воздушного питания растений.
Согласно расчетам А.А. Ничипоровича, в период наиболее активного роста
растений суточные приросты сухого вещества достигают 300 и даже 500
кг/га. При этом в течение суток растение усваивает 1–2 кг N, 0,1–0,2 кг Р,
0,8– 1,7 кг К и до 1000 кг СО2. Чтобы лучше представить себе масштабы
процесса фотосинтеза, приведем несколько цифр. Согласно данным
французского
исследователя
Дювиньо
(1972),
ежегодно
в
процессе
фотосинтеза растениями суши образуется 30 млрд. т органического вещества,
в том числе на долю лесов приходится 20,4 млрд. т, лугов, степей – 3 млрд. т,
пустынь – 1,1 млрд. т, культурных полей – 5,6 млрд. т. Энергия, накап6
ливаемая в процессе фотосинтеза за один год, приблизительно в 100 раз
больше энергии сгорания всего добываемого в мире за этот же период угля.
Казалось бы, что при таком колоссальном годовом потреблении углерода
весь СО2 воздуха должен быть израсходован в течение немногих лет. Однако
содержание СО2 в атмосфере непрерывно пополняется за счет растворенных
в воде карбонатов и бикарбонатов. Кроме того, углекислый газ выделяется из
почвы в результате различных микробиологических процессов, связанных с
окислением органических веществ (до 25–30 кг СО2 на 1 га в сутки) и др.
Учитывая значение процесса фотосинтеза, раскрытие его механизма является
одной из наиболее важных и интересных задач, стоящих перед физиологией
растений (Якушкина, 2005; Кузнецов, Дмитриева, 2006).
Датой открытия процесса фотосинтеза можно считать 1771 г.
Английский ученый Дж. Пристли обратил внимание на изменение состава
воздуха вследствие жизнедеятельности животных. В присутствии зеленых
растений воздух вновь становился пригодным как для дыхания, так и для
горения. В дальнейшем работами ряда ученых (Я. Ингенгауз, Ж. Сенебье, Т.
Соссюр, Ж.Б. Буссенго) было установлено, что зеленые растения из воздуха
поглощают СО2, из которого при участии воды на свету образуется
органическое вещество. Именно этот процесс в 1877 г. немецкий ученый В.
Пфеффер назвал фотосинтезом. Большое значение для раскрытия сущности
фотосинтеза имел закон сохранения энергии, сформулированный Р.
Майером. В 1845 г. Р. Майер выдвинул предположение, что энергия,
используемая растениями, — это энергия Солнца, которую растения в
процессе фотосинтеза превращают в химическую энергию. Это положение
было
развито
и
экспериментально
подтверждено
в
исследованиях
замечательного русского ученого К.А. Тимирязева (Полевой, 1989).
1.1 Регуляция фотосинтеза на уровне листа
Основным органом фотосинтеза у высших растений является лист.
Особенности строения этого органа позволяют осуществлять процесс
поглощения солнечной энергии, преобразовывать ее в энергию органических
7
соединений и обеспечивать автотрофный тип питания, который характерен
для растительного организма.
В зависимости от способа фиксации углекислого газа существуют
определенные различия в структурной организации листовой пластинки.
Большинство
культурных
растений
средних
широт
имеют
анатомическое строение, позволяющее осуществлять фиксацию углекислого
газа за счет химических реакций цикла Кальвина (С3-путь) (Полевой, 1989,
Якушкина, 2005, Кузнецов, Дмитриева, 2006).
Рисунок 1. Строения листа у растений, имеющих С3-путь фиксации
углекислого газа.
1.2 Функции тканей листа в процессе фотосинтеза
Эпидермис – состоит из живых клеток различной формы, не
способных к ассимиляции углекислого газа (кроме клеток устьиц), имеет
особенности в строении клеточных стенок (наличие кутикулы, состоящей
главным образом из кутина, часто кутиновый слой покрыт сверху сложной
смесью восков, волосками). Защищает лист от неблагоприятных факторов
внешней среды, регулирует поток квантов света (способствуют различные
структурные компоненты эпидермиса - восковой налет, волоски, выросты), за
счет расположенных в эпидермисе устьиц
СО2 и выделение О2.
8
обеспечивается
поглощение
Мезофилл листа состоит из клеток двух типов, которые образуют
столбчатую (полисадную) и губчатую паренхиму.
Столбчатая паренхима находится под эпидермисом, обращена к
свету, содержит большую часть хлоропластов листа, выполняет основную
работу в процессе поглощения квантов света и ассимиляции СО2.
Губчатая паренхима обладает обширной системой межклетников и
большой
поверхностью
влажных
клеточных
стенок,
способствует
накоплению СО2 в мезофилле листа за счет химических реакций, которые
идут в межклеточном пространстве.
Проводящие пучки состоят из ксилемы, флоэмы и механической
ткани (склеренхима, колленхима), образуют сложную разветвленную
систему в мезофилле листа.
Ксилема состоит из мертвых вытянутых клеток с утолщенными
клеточными стенками. Главными клетками являются элементы сосудов.
Зрелые элементы имеют сильно лигнифицированные боковые стенки, на их
внутренней стороне имеются вторичные утолщения. Лигнин образует
обширную плотную трехмерную сетку. Торцевые участки стенок почти
полностью
исчезают,
что
приводит
к
объединению
расположенных последовательно, в длинные
элементов,
трубки-сосуды. Ксилема
обеспечивает приток воды и минеральных солей, необходимых для
метаболических процессов тканей листа, за счет боковых стенок она
выполняет также опорную и механическую функции.
Флоэма состоит из ситовидных трубок и паренхимных клеток.
Зрелые структурные элементы ситовидных трубок являются живыми
клетками, которые сообщаются между собой через отверстия в торцевых
участках их стенок (через ситовидные пластинки).
В процессе образования ситовидные трубки утрачивают ядро и
большую часть цитоплазмы, функцию их жизнеобеспечения берут на себя
клетки-спутники, которые прилегают к ситовидным трубкам и сообщаются с
ними через поры ситовидных полей – перфорированные участки на боковой
9
поверхности клеточной стенки. Флоэма обеспечивает отток ассимилянтов
(продуктов фотосинтеза) из листа в другие органы растений (Якушкина,
2005; Билич, Крыжановский, 2008).
1.3 Хлоропласты – органеллы фотосинтеза
Весь процесс фотосинтеза протекает в зеленых пластидах –
хлоропластах (Якушкина, 2005).
Хлоропласты (от
греческого chloros
–
зелёный
и plastos –
вылепленный), внутриклеточные органоиды (пластиды) растений, в которых
осуществляется фотосинтез; благодаря хлорофиллу окрашены в зелёный
цвет. Встречаются в клетках различных тканей надземных органов растений,
особенно обильны и хорошо развиты в листьях и зелёных плодах. Длина 5–
10 мкм, ширина 2–4 мкм. В клетках высших растений хлоропласты (чаще их
15–50) имеют линзовидно-округлую или эллипсоидную форму. Значительно
разнообразнее хлоропласты, называемые хроматофорами, у водорослей, но
число их обычно невелико (от одного до нескольких). Хлоропласты отделены
от
цитоплазмы
двойной
мембраной,
обладающей
избирательной
проницаемостью; внутренняя её часть, врастая в матрикс (строму), образует
систему основных структурных единиц хлоропластов в виде уплощённых
мешков – тилакоидов, в которых локализованы пигменты: основные –
хлорофиллы и вспомогательные – каротиноиды. Группы дисковидных
тилакоидов, связанных друг с другом таким образом, что их полости
оказываются непрерывными, образуют (наподобие стопки монет) граны.
Количество гран в хлоропластах высших растений может достигать 40–60
(иногда до 150). Тилакоиды стромы (так называемые фреты) связывают
граны между собой. Хлоропласты содержат рибосомы, ДНК, ферменты и,
кроме фотосинтеза, осуществляют синтез АТФ из АДФ (фосфорилирование),
синтез и гидролиз липидов, ассимиляционного крахмала и белков,
откладываемых в строме. В хлоропластах синтезируются также ферменты,
осуществляющие
световую
реакцию
и
белки
мембран
тилакоидов.
Собственный генетический аппарат и специфическая белок-синтезирующая
10
система обусловливают относительную автономию хлоропластов от других
клеточных структур. Каждый хлоропласт развивается, как полагают, из
пропластиды, которая способна реплицироваться путём деления (именно так
увеличивается их число в клетке); зрелые хлоропласты иногда также
способны к репликации. При старении листьев и стеблей, созревании плодов
хлоропласты вследствие разрушения хлорофилла утрачивают зелёную
окраску, превращаясь в хромопласты. Полагают, что хлоропласты произошли
путём симбиогенеза цианобактерий с древними ядерными гетеротрофными
водорослями
или
простейшими
(Биологический
энциклопедический
словарь…, 1989).
Рисунок 2. Строение хлоропласта.
1– внешняя мембрана; 2 – внутренняя мембрана; 3 — крахмальное
зерно; 4 – ДНК; 5 – тилакоиды стромы (фреты); 6 – тилакоид граны; 7 –
матрикс (строма).
Рисунок 3. Часть тилакоидной системы.
1– тилакоид стромы; 2 – грана; 3 – полость тилакоида;
4 – перегородка между тилакоидами; 5 – тилакоид граны (отсек).
11
1.4 Пигменты фотосинтеза
Для того чтобы свет мог оказывать влияние на растительный организм
и, в частности, быть использованным в процессе фотосинтеза, необходимое
его поглощение фоторецепторами – пигментами. Пигменты – это
окрашенные вещества. Пигменты поглощают свет определенной длины
волны. Непоглощенные участки солнечного спектра отражаются, что и
обуславливает окраску пигментов. Так, зеленый пигмент хлорофилл
поглощает красные и синие лучи, зеленые лучи отражаются. Состав
пигментов зависит от систематического положения группы организмов.
Пигменты, сконцентрированные
в пластидах, можно разделить на три
группы: хлорофиллы, каротиноиды, фикобилины.
Хлорофилл (от греческого chloros – зелёный и ...филл), зелёные
пигменты растений, с помощью которых они улавливают энергию
солнечного света и осуществляют фотосинтез. Основу молекулы хлорофилла
составляет Mg-порфириновый комплекс. Кроме того, имеются различные
заместители,
например
фитол,
придающий
молекуле
хлорофилла
способность встраиваться в липидный слой биологических мембран. В
клетке
молекулы
хлорофилла
сосредоточены
в
хлоропластах
и
хроматофорах; как и гемоглобины, хлорофиллы физиологически активны
только в связанной с белком форме. Существует несколько типов
хлорофиллов (хлорофилл a, b, c, d), отличающихся системой сопряжённых
связей и заместителями (а следовательно, и спектрами поглощения). Высшие
растения и водоросли содержат в качестве основного пигмента хлорофилл a,
в качестве сопровождающих (дополнительных) — хлорофилл b (высшие
растения, зелёные водоросли), хлорофилл c (бурые и диатомовые водоросли),
хлорофилл d (красные водоросли). Большая часть молекул хлорофиллов
поглощает энергию света (что сопровождается возбуждением молекул
хлорофиллов, то есть запасанием энергии внутри молекул) и передаёт её
реакционным центрам фотосинтеза (миграция энергии), меньшая же часть
включена в состав реакционных центров фотосинтеза и непосредственно
12
участвует в фотохимических реакциях. За счёт энергии поглощённого кванта
хлорофилл реакционного центра осуществляет межмолекулярный перенос
электрона – так называемый элементарный окислительно-восстановительный
акт.
В
результате
первичных
процессов
фотосинтеза
образуются
восстановленные продукты (НАД-Н, НАДФ-Н), а также АТФ. Энергия,
запасённая в этих соединениях, используется затем для биохимических
превращений углерода, входящих в цикл Калвина. Таким образом, свет,
поглощённый хлорофиллом, преобразуется в потенциальную химическую
энергию органических продуктов фотосинтеза. У фототрофных бактерий в
фотосинтезе участвуют аналоги хлорофиллов – бактериохлорофиллы
(Биологический энциклопедический словарь…, 1989).
13
Глава 2. Влияния света на процесс фотосинтеза и образование
фотосинтетических пигментов
Для фотосинтеза, как и для любого процесса, включающего
фотохимические
реакции,
характерно
наличие
нижнего
порога
освещенности, при котором он начинается (около одной свечи на расстоянии
1 м). Начиная с этой точки, зависимость фотосинтеза от интенсивности
освещения может быть выражена логарифмической кривой (рис. 4).
Первоначально
увеличение
интенсивности
освещения
приводит
к
пропорциональному усилению фотосинтеза (зона максимального эффекта). В
пределах этой освещенности скорость фотосинтеза лимитируется светом.
При дальнейшем увеличении интенсивности света фотосинтез продолжает
возрастать, но медленнее (зона ослабленного эффекта) и, наконец,
интенсивность света растет, а фотосинтез не изменяется: область светового
насыщения — плато. Наклон кривых, выражающих зависимость фотосинтеза
от освещенности, и выход на плато, зависит от:
1) напряженности других внешних факторов;
2) типа растений;
3) скорости темновых (не требующих света) реакций фотосинтеза.
Рисунок 4. Световое насыщение светолюбивых, теневыносливых и
тенелюбивых растений (Якушкина, 2005).
Проведенные исследования по влиянию света на накопление
хлорофилла в этиолированных проростках позволили установить, что
14
первым в процессе зеленения появляется хлорофилл a. Спектографический
анализ показывает, что процесс образования хлорофилла идет очень быстро.
Так,
уже
через
этиолированных
1
мин
после
проростков
начала
пигмент
освещения
имеет
выделенный
спектр
из
поглощения,
совпадающий со спектром поглощения хлорофилла а. По мнению
А.А.Шлыка хлорофилл b образуется из хлорофилла а.
При исследовании влияния качества света на образование хлорофилла
в большинстве случаев проявилась положительная роль красного света.
Большое значение имеет интенсивность освещения. Существование нижнего
предела освещенности для образования хлорофилла было показано в опытах
В.Н. Любименко для проростков ячменя и овса. Оказалось, что освещение
электрической лампой мощностью 10 Вт на расстоянии 400 см было
пределом,
ниже
которого
образование
хлорофилла
прекращалось.
Существует и верхний предел освещенности, выше которого образование
хлорофилла тормозится. Проростки, выросшие в отсутствие света, называют
этиолированными. Такие проростки характеризуются измененной формой
(вытянутые стебли, неразвившиеся листья) и слабой желтой окраской
(хлорофилла в них нет). Как было сказано выше, образование хлорофилла на
заключительных этапах требует света.
Способность образовывать хлорофилл в темноте характерна для
организмов,
состоящих
на
нижней
ступени
эволюции.
Так,
при
благоприятных условиях питания некоторые бактерии могут синтезировать
в темноте бактериохлорофилл (Якушкина, 2005).
15
Глава 3. Практическая часть
3.1 Материалы и оборудование: проростки зернобобовых и
овощных культур (горох, рожь, кабачок, огурец), выращенные при
различных условиях светового довольствия (при дневном освещении, в
темноте и выставляемые из темноты на дневной свет на 30 мин в сутки);
чашки Петри, дистиллированная вода, банки, решетки для проращивания,
80% ацетон, ступки фарфоровые с пестиками, кварцевый песок, воронки,
ножницы, пробирки, фильтры, спектрофотометр (СФ).
3.2 Ход работы.
Получение проростков. Семена гороха, ржи, кабачка и огурца
проращивали во влажных условиях, на фильтровальной бумаге в чашке
Петри по 15 семян. После того, как длина корешков проросших семян
достигла 1–2 см, их пересадили в пол-литровые банки, наполненные
водопроводной водой. Для этого осторожно пропустили корешки растений
через отверстия в решетках для проращивания и закрыли крышкой банку так,
чтобы корешки находились в воде.
На всем протяжении роста растений отмечали состояние и цвет
побегов и листьев, состояние корневой системы.
Содержание
хлорофиллов
спектрофотометрически.
Для
a,
b
и
каротиноидов
экстрагирования
пигментов
определяли
из
листьев
использовали 80 % водный раствор ацетона. Навеску растительного
материала (100 мг) растирали в ступке с добавлением 1 мл 80 %-го ацетона.
Растертую массу переносили в пробирку. Ступку обмывали 2 мл ацетона 2
раза и сливали материал в пробирку. Итоговый объем вытяжки 5 мл.
Полученный экстракт фильтровали от осадка. Полученная ацетоновая
вытяжка содержит сумму зеленых и желтых пигментов. Концентрацию
пигментов определяли на спектрофотометре. Для этого часть полученного
экстракта наливали в кювету СФ. Вторую кювету заполняли чистым
16
растворителем (80%-ным ацетоном) и использовали как контрольную.
Кюветы помещали в кюветную камеру СФ и определяли оптическую
плотность (Д) вытяжки при длинах волн, соответствующих максимумам
поглощения хлорофилла a и b и каротиноидов в ацетоне. Для хлорофилла а
максимум поглощения в 80 % ацетоне наблюдается при длине волны 665 нм,
для хлорофилла b – при 649 нм, для каротиноидов – 440,5 нм. Расчет
хлорофиллов проводили по формуле Vernon, содержание каротиноидов
рассчитывали по формуле Wettstein (Физиология растений и…, 2006).
Эксперимент был проведен в 2 биологических повторностях (по 10 растений
каждого вида). Число аналитических повторностей при определении
изученных параметров – 4.
Были вычислены среднее арифметическое, его ошибка.
3.3 Результаты исследования.
В варианте при постоянном освещении проросли все семена. Все
проростки были здоровые, побеги и листья зеленого цвета без некрозов,
корневая система здоровая.
В варианте с дневным освещением 30 мин в сутки также проросли все
семена. Все проростки здоровые, бледно-зеленого цвета, вытянутые, листья
желто-зеленые, корневая система здоровая.
У растения гороха, выращенного в темноте, взошло 13 семян. Побеги
белого цвета, вытянутые, листья бледно-желтого цвета. Все проростки
растения ржи белого цвета, листья бледно-желтые. У проростков кабачка все
побеги белого цвета, очень длинные, листья бледно-желтые. У растений
огурца взошло 9 семян, все проростки вытянутые, белого цвета, листья
бледно-желтые (рис. 5).
17
а
б
в
г
Рисунок 5. Растения, выращенные в разных условиях светового
довольствия: а) огурец – при постоянном освещении; б) рожь – при
постоянном освещении; в) горох – при дневном освещении 30 мин. в сутки;
г) кабачок – в темноте.
18
Был проведен анализ содержания фотосинтетических пигментов в
листьях растений, выращенных при разных условиях светового довольствия
(таблица).
У растений ржи, выращенных в условиях дневного освещения 30 мин
в сутки, содержание хл. а, б и каротиноидов в 2 раза меньше, чем у растений,
выращенных при постоянном свете; у растений, выращенных в темноте,
содержание хлорофиллов в 10 раз меньше, содержание каротиноидов – в 2
раза меньше (рис. 6). У растений гороха, наблюдали самое сильное угнетение
синтеза хл. а и б при условиях полного отсутствия света, меньше в 40 и 30
раз соответственно, чем у растений, выращенных при свете. У проростков,
выращенных в условиях дневного освещения 30 мин в сутки, содержание
хлорофиллов в 4 раза меньше. Содержание каротиноидов у растений из всех
вариантов мало отличается (рис. 6). У проростков кабачка содержание
пигментов из двух первых вариантов выращивания находится на одном
уровне. Содержание хл. а и б у растений, выращенных в темноте, меньше в
10 и 9 раз соответственно, чем у растений, выращенных при свете;
содержание каротиноидов
не изменяется.
Содержание
хл. а,
б
и
каротиноидов у растений огурца, выращенных в условиях дневного
освещения 30 мин в сутки, меньше, по сравнению с растениями первого
варианта меньше в 2, 1,5 и 3 раза соответственно. У растений, выращенных в
темноте, содержание хл. а, б и каротиноидов меньше в 7, 5 и 4 раза
соответственно (рис. 6).
У исследуемых видов растений (кроме огурца), выращенных при
разных
вариантах
практически
не
светового
довольствия,
изменяется.
Вероятно,
содержание
это
связано
каротиноидов.
с
защитной,
антиоксидантной функцией каротиноидов в сравнении с хлорофиллами.
Каротиноиды в растительном организме играют важную антиоксидантную
роль, в условиях стресса каротиноиды растений выполняют функцию
дополнительных и защитных пигментов, таким образом, обеспечивается
устойчивость фотосинтетического аппарата при стрессе.
19
Таблица
Содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений, выращенных при разных условиях
светового довольствия (мг/г сырой массы)
Объект
Горох
Рожь
Кабачок
Огурец
Навеска,
мг
100
100
100
100
Объем
вытяжки,
мл
5
5
5
5
Постоянный свет
Хл а
0,956
0,597
0,340
0,590
Хл б
0,715
0,663
0,324
0,544
Карот.
0,135
0,125
0,112
0,143
Дневной свет на 30 мин в
сутки
Хл а
Хл б
Карот.
0,251
0,210
0,119
0,349
0,320
0,069
0,311
0,243
0,103
0,289
0,411
0,038
Темнота
Хл а
0,023
0,055
0,031
0,079
Хл б
0,025
0,073
0,035
0,110
Карот.
0,099
0,042
0,091
0,0344
Error! Not a valid link.
Error! Not a valid link.
Error! Not a valid link.
Огурец
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Постоянный
свет
30 мин.
освещения
Темнота
С хл А мг/г
С хл Б мг/г
С кар мг/г
Рисунок 6. Содержание фотосинтетических пигментов в исследуемых видах
растений.
Выводы
1. Доказано,
что
световая
радиация,
поглощаемая
растением,
непосредственно участвует в прорастании семян, росте и развитии
органов растений.
2. Доказано,
что
световая
радиация
участвует
в
образовании
фотосинтетических пигментов растений: самое высокое содержание
пигментов наблюдали у растений, выращенных при постоянном
освещении, наименьшее – у растений, выращенных в темноте. Не
значительные изменения содержания каротиноидов в листьях растений
при стрессе, показывает их защитную функцию, обеспечивая, таким
образом, устойчивость фотосинтетического аппарата.
3. Наиболее чувствительны к отсутствию света – растения гороха, самые
устойчивые – растения огурца.
4. Результаты подобной работы могут иметь практическое значение: в
лабораторных работах по получению растительных образцов, при
выращивании данных культур подбирая интенсивность освещения,
можно увеличить урожай и ускорить лабораторный процесс.
Работа выполнена с использованием следующего лабораторного
оборудования
базовой
аквадистилятор
спектрофотометр,
ДЭ-4
площадки
ТЗМОИ,
Областного
электронные
персональный
22
дворца
молодёжи:
аналитические
компьютер
весы,
(стационарный).
Список использованной литературы
1. Билич Г.Л., Крыжановский В.А. Биология для поступающих в вузы /
Г.Л. Билич, В.А. Крыжановский. – 3-е изд., испр. и доп. – М.:
Издательство Оникс, 2008. 1088 с.
2. Биологический энциклопедический словарь / гл. ред. М. С. Гиляров;
Редкол.: А. А. Баев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. –
2-е изд., исправл. – М.: Сов. Энциклопедия, 1986. 864 с.
3. Кузнецов Вл.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений. Учебник. Изд.
2-е, перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2006. 742 с.
4. Полевой В.В. Физиология растений. Учебник для биол. спец. вузов. –
М.: Высшая школа, 1989. 464 с.
5. Физиология растений и микробиология. Методические указания к
летней полевой практике / составители Борисова Г.Г., Киселева И.С.,
Некрасова Г.Ф., Фирсов Н.Н., Храмцова Е.В. – Екатеринбург: изд-во
Уральского ун-та, 2006. 65 стр.
6. Якушкина Н.И. Физиология растений. Учебник для студентов вузов.
"ВЛАДОС", 2005. 465 с.
23
Морфологические особенности проростков исследуемых видов
растений (в презентацию)
Растения
Горох
Рожь
Кабачок
Постоянный свет
Все проростки
здоровые, зеленые,
листья зеленые без
некрозов, корневая
система здоровая.
Дневной свет на 30
мин в сутки
Все проростки
здоровые, бледнозеленого цвета,
листья желтозеленые, корневая
система здоровая.
Огурец
24
Темнота
Взошло 13 семян, побеги белые, листья
бледно-желтого цвета.
Все проростки белого цвета, листья
бледно-желтые.
Все проростки вытянутые, белого цвета,
листья бледно-желтые.
Взошло 9 семян, все проростки
вытянутые, белого цвета, листья
бледно-желтые.