Література:

1. Брайон О.В., Чикаленко В.Г. Анатомія рослин. – К.: Вища школа, 1992. – С. 15-83.

2. Григора І.М., Шабарова С.І., Алейніков І.М. Ботаніка. – К.: Фітосоціоцент», 2004. – С. 14-58.

3. Гришко-Богменко Б.К., Морозюк С.С., Мороз І.В., Огляницька Л.Г. Географія рослин з основами ботаніки. – К.: Вища школа, 1991. – С. 22 – 30.

4. Потульницький П.М., Первова Ю.О., Сакало Г.О. Ботаніка. Анатомія і морфологія рослин. – К.: Вища школа, 1971. – С. 23-54.

5. Стеблянко М.І., Гончарова К.Д., Закорко Н.Г. Ботаніка. – К.: Вища школа, 1971. – С. 27-50.

Лабораторна робота №4

Тема: Запасні поживні речовини в клітинах рослин.

Мета: Ознайомитись з будовою крохмальних та алейронових зерен в клітинах різних рослин.

Теоретичні питання:

1. Прості і складні вуглеводи, що синтезуються рослиною.

2. Жироподібні речовини (олії) рослин.

3. Конституційні та запасні білки.

4. Запасаючі органи рослин.

5. Використання людиною запасних поживних речовин рослин.

Завдання:

1. Виготовити препарати крохмальних зерен картоплі, рису, вівса, пшениці, гречки, кукурудзи. Провести якісну реакцію на крохмаль йодом в розчині йодистого калію.

2. Виявити алейронові зерна в насінні гороху, зернівках пшениці.

Основні відомості

У рослинній клітині містяться ряд речовин і структур, що безпосередньо не належать до її живого вмісту. Звичайно вони відсутні в клітинах, які щойно з'явилися в результаті поділу, а утворюються пізніше в процесі їх росту і розвитку. Це — запасні поживні речовини, вакуолі з клітинним соком, клітинна оболонка [1].

Запасні поживні речовини

Завдяки перевазі асиміляції над дисиміляцією рослини здатні синтезувати і відкладати в запас велику кількість різноманітних поживних речовин, які вони потім використовують при проростанні насіння, розпусканні бруньок навесні, у процесах росту і розвитку. Відкладання поживних речовин називають ще включеннями. Багато їх накопичується в насінні, плодах, вегетативних органах (коренях, бульбах, кореневищах, цибулинах). У клітинах відкладання запасних речовин зустрічаються в цитоплазмі, пластидах, вакуолях, рідше — в клітинній оболонці. Основними запасними поживними речовинами рослин є вуглеводи, білки, жири (олії).

Крохмаль — основний запасний вуглевод рослин.

У хлоропластах у процесі фотосинтезу утворюється асиміляційний (первинний) крохмаль. Однак він швидко гідролізується до цукрів, що відтікають у запасаючі органи. Там в амілопластах у вигляді зерен відкладається запасний (вторинний) крохмаль. Крохмальні зерна різноманітні за формою і розмірами: кулясті, круглясті, яйцеподібні, багатогранні, від 2 до 150 мкм. Найдрібніші крохмальні зерна в насінні рису і гречки, найбільші — у бульбах картоплі.

Відкладання крохмалю в стромі лейкопласта відбувається навколо певної ділянки, яку називають утворювальним центром. Крохмаль відкладається навкруги нього концентричними шарами. У зерні, що сформувалося, видно центр, який являє собою щілину різної форми — круглястої, витягнутої, з тріщинками, і шаруватість. Остання обумовлена різними показниками переломлення окремих шарів, що, мабуть, пов'язано з їх неоднаковим хімічним складом і, насамперед, з різним вмістом води. Установлено, що крохмальні зерна мають кристалічну структуру. Вони складаються з голчастих кристалів, радіально розташованих у шарах.

Розрізняють прості, складні й напівскладні крохмальні зерна. Просте крохмальне зерно має один центр і навкруги нього шари крохмалю. Звичайно такі зерна в амілопластах формуються по одному. Складні зерна містять декілька або багато простих зерен, щільно притиснутих одне до одного, і тому часто мають багатогранну форму. У цьому випадку в амілопласті закладається декілька або багато центрів. У напівскладному зерні, крім шарів навколо кожного центру, є ще і загальні шари (рис. 14). Звичайно, при накопиченні крохмалю його зерна, збільшуючись у розмірі, розтягують строму і оболонку лейкопласта так, що вони утворюють навколо простого або складного зерна тонку плівку, непомітну у світловому мікроскопі. Тому, говорячи про крохмальні зерна, завжди треба враховувати, що вони містяться в лейкопластах.

Форма і розмір крохмальних зерен, будова центру в зерні, а також кількість зерен у лейкопласті типові для кожного виду рослин, тому, досліджуючи під мікроскопом борошно, можна встановити, з насіння яких рослин воно отримане, а також визначити, чи є в ньому домішки крохмалю інших рослин.

Крохмаль — білий порошок. Він нерозчинний у воді, а при нагріванні утворює дуже в'язкий колоїдний розчин — крохмальний клейстер. Крохмаль з йодом дає характерне синє забарвлення. Це типова якісна реакція. Крохмаль — полімер, мономерами його є залишки глюкози, яка утворюється при гідролізі крохмалю за допомогою кислоти або ферменту [1].

Крохмаль складає велику частину насіння злаків, бобових, бульб картоплі (30 - 85%), а разом з харчовими продуктами і велику частку нашої їжі. З крохмалю одержують глюкозу, спирт, пластмасу, клей. Його використовують у харчовій, текстильній, парфумерній та інших галузях промисловості.

Рис. 14. Крохмальні зерна:

1 – вівса; 2 – картоплі; 3 – квасолі; 4 – кукурудзи; 5 - пшениці

У рослинних клітинах в запас звичайно відкладаються прості білки в аморфній або кристалічній формі. Відкладення запасних білків зустрічаються в цитоплазмі — у матриксі й канальцях ЕР, у ядрі, пластидах, мітохондріях, мікротільцях. Білкові кристали мають розміри від 8 до 12 мкм і різну форму. Наприклад, у клітинах бульби картоплі зустрічаються білкові кристали кубічної форми.

Однак частіше запасні білки відкладаються у вигляді алейронових (білкових) зерен, які зустрічаються переважно в насінні. Алейронові зерна утворюються при висиханні вакуолей, багатих розчиненими білками. Вони оточені тонкою оболонкою з підсохлого тонопласта і заповнені білковою масою. Їх поділяють на прості й складні. Прості зерна звичайно дрібні й містять однорідну аморфну білкову масу. Такі зерна притаманні насінню злаків. Наприклад, у зернівці пшениці під насінною шкіркою розташований шар клітин, який називають алейроновим шаром. Ці клітини містять велику кількість дуже дрібних простих алейронових зерен (рис. 15).

Складні алейронові зерна більші за розміром і мають, крім аморфної білкової маси, включення трьох типів — кристали білка, глобоїди і кристали щавлевокислого кальцію. У складних зернах може міститися один або кілька (2 - 10) кристалів білка. Глобоїди — це аморфні круглясті утворення з речовини фітину, до складу якого входять циклічний спирт інозит, фосфор, кальцій і магній. Фітин у рослинах є запасною формою фосфору. В одному зерні звичайно міститься кілька глобоїдів. Кристали щавлевокислого кальцію зустрічаються в алейронових зернах рідко (насіння зонтичних). Складні алейронові зерна можна спостерігати, наприклад, у насінні бобових і олійних рослин (рицина, льон). При проростанні насіння на місці алейронових зерен утворюються вакуолі, багаті на білок.

Рис. 15. Алейронові зерна:

а – прості зерна в алейроновому шарі зернівки пшениці; б – складні зерна у клітинах сім’ядолей рицини; 1 – алейроновий шар; 2 – клітини ендосперму з крохмальними зернами; 3 – аморфний білок у складному зерні; 4 – кристали білка; 5 - глобоїди

Запасні білки рослин відіграють дуже важливу роль у харчуванні людини. У наш час потреби людини в харчовому білку на 70 - 80% задовольняються за рахунок рослинних білків. Насіння зернових культур містить до 20% білка. Найбагатше запасним білком насіння бобових рослин — 30 - 35%, соя — до 40 %.

Рослинні жири рідкі, тому їх ще називають оліями. Невеликі кількості жирів містяться в усіх рослинних клітинах. Але найбагатші на олії клітини насіння, плодів, серцевини і кори стебел, кореневища. Олії накопичуються у вигляді дрібних крапельок у цитоплазмі, пластидах і сферосомах. Краплі олії на відміну від сферосом не мають оболонки і можуть зливатися, заповнюючи в цитоплазмі простір між органелами. Більшість рослин (до 90% усіх родин) як запасні поживні речовини накопичують олії. Насіння багатьох рослин містить до 50% і більше олії (соняшник, гірчиця, соя, софлор, рижій, арахіс та ін.). Олії є вигідною запасною поживною речовиною для рослин, тому що вони багатші на енергію, ніж крохмаль і білки.

Рослинні олії використовуються в їжу (соняшнику, арахісу, сої, гірчиці, рижія, рапсу, волоського горіха, мигдалю, плодів маслини тощо) і широко застосовуються в різних галузях промисловості. На рослинних оліях виготовляють високоякісні лаки і фарби (олія тунгового дерева).