39

Миколаївський національний університет імені В.О. Сухомлинського

Біологічний факультет

Кафедра екології

Лабораторний практикум з

ФІЗІОЛОГІЇ РОСЛИН

Миколаїв 2013

Лабораторний практикум з фізіології рослин. – Миколаїв, 2013. – 73 с.

У навчальному посібнику розкривається зміст лабораторних робіт з курсу фізіології рослин. Крім алгоритмів виконання окремих лабораторних робіт посібник включає перелік питань для самоконтролю з кожної теми та завадання для модульного контролю.Методичні рекомендації розробленфі для студентів 3 курсу денної та 4 курсу заочної форми навчання спеціальності «ПМСО. Біологія» вищих навчальних закладів.

Укладачі: Корольова О.В., Миколайчук В.Г., Мазур І.О.

Рецензенти: Самойленко Т.Г. – кандидат біологічних наук, доцент

Навчальний посібник схвалений кафедрою ботаніки біологічного факультету Миколаївського національного університету ім. В.О. Сухомлинського (протокол засідання кафедри № ­__ від ______2013 р.) .

Рекомендовано до друку Вченою радою Миколаївського національного університету ім. В.О. Сухомлинського (протокол № ___ від _______2013 р.)

Зміст

В С Т У П
Організація практичних занять і методи роботи
Розділ I. ФІЗІОЛОГІЯ РОСЛИННОЇ КЛІТИНИ
Робота № 1. Визначення запасних поживних речовин за допомогою гістохімічних реакцій
Робота № 2. Явища плазмолізу і деплазмолізу. Форми плазмолізу
Робота № 3. Визначення осмотичного тиску клітинного соку плазмолітичним методом (за де-Фрізом)
Робота № 4. Визначення сисної сили клітини спрощеним методом по Уршпрунгу
Робота № 5. Проникність живої та мертвої цитоплазми
Контрольні питання до розділу «Фізіологія рослинної клітини»
Розділ II. ВОДНИЙ РЕЖИМ РОСЛИН
Робота № 6. Визначення швидкості поглинання води рослиною
Робота № 7. Визначення інтенсивності транспірації ваговим методом на торсійних терезах (за Л.А.Івановим)
Робота № 8. Поглинання води кореневою системою
Робота № 9. Визначення транспірації верхньої і нижньої сторін листка за допомогою хлоркобальтового паперу (за Шталем)
Контрольні питання до розділу «Водний режим рослин»
Розділ III . МІНЕРАЛЬНЕ ЖИВЛЕННЯ РОСЛИН
Робота № 10. Мікрохімічний аналіз золи
Робота №11. Антогонізм іонів на рівні цілої рослини
Робота № 12. Антогонізм іонів на рівні рослинної клітини
Контрольні питання до розділу «Мінеральне живлення»
Розділ IV. ФОТОСИНТЕЗ
Робота № 13. Екстракція пластидних пігментів
Робота № 14. Методи виділення пластидних пігментів з листків
Робота № 15. Розподіл пігментів адсорбційним хроматографічним методом
Робота № 16. Спостереження за флуоресценцією хлорофілу
Робота № 17. Утворення первинного крохмалю у фотосинтезуючому листку
Контрольні питання до розділу «Фотосинтез»
2 семестр
Розділ V. ДИХАННЯ РОСЛИН
Робота № 18. Визначення інтенсивності дихання рослин за кількістю виділеної вуглекислот (за П. Бойсен-Йенсен)
Робота № 19. Виявлення активності каталази в листках елодеї.
Робота № 20. Визначення амілази у проростаючому насінні.
Контрольні питання до розділу «Дихання рослин»
Розділ VІ. РІСТ ТА РОЗВИТОК РОСЛИН
Робота № 21. Спостереження за геотропічною реакцією рослин
Робота № 22. Виявлення зон росту у коренів і стебел методом позначок.
Робота № 23. Спостереження за фототропічною реакцією рослин.
Робота № 24. Визначення фертильності пилкових зерен
Контрольні питання до розділу «Ріст і розвиток рослин».
Розділ VІІ. АДАПТАЦІЯ РОСЛИН
Робота № 25. Визначення жаростійкості рослин (за Ф. Ф. Мацковим)
Робота № 26. Діагностика жаростійкості рослин за в’язкістю цитоплазми
Робота № 27. Захисний вплив цукрів на коагуляцію білків цитоплазми за дії низьких температур
Робота № 28. Визначити життєздатність насіння із застосуванням анілінових барвників
Робота № 29. Визначення алелопатичної активності кореневих виділень рослин на приріст коренів рослин-біотестів (за Гродзинським)
Контрольні питання до розділу ,,Стiйкiсть рослин”
Розділ VІІІ. ФІТОБІОТЕХНОЛОГІЯ
Робота № 30. Методи стерилізації посуду, інструментів і допоміжних матеріалів
Робота № 31. Стерилізація насіння та вирощування асептичних рослин
Робота № 32. Отримання первинного калюсу
Контрольні питання до розділу «Фітобіотехнологія»
Список літератури
Словник ключових термінів

Мета та завдання навчальної дисципліни

Cучасна фізіологія рослин є інтегративною дисципліною, яка вивчає головні життєві функції рослинного організму на різних рівнях його організації. Предметом фізіології рослин є функції живих організмів, їх органів, тканин, клітин та клітинних компонентів, а також причини тих або інших проявів їхньої життєдіяльності.

Метою фізіології рослин є пізнання закономірностей життєвих функцій рослин, розкриття їх механізмів, формування уявлення про структурно-функціональну організацію рослинних систем різних рівнів та вироблення шляхів керування рослинним організмом.

Виняткова специфічність хімічного складу морфологічної будови, тісний взаємозв’язок структури і функції, залежність процесів обміну речовин від стану структур, динамічність останніх – такі специфічні властивості об’єкта досліджень фізіології рослин.

Студент який вивчив курс фізіології рослин, повинен ці знання використовувати при викладанні ботаніки в школі, зокрема тем: “Основні функції рослинного організму”, “Дихання рослин”, “Випаровування води рослинами”, “Мінеральне живлення”, “Грунт і його значення у житті рослин”, “Добрива. Внутрішня будова кореня”. Згідно з програмою, на вивчення її курсу у 5-6 семестрах передбачається 240 годин, з них – 64 лекційних, 64 лабораторних та 112 – на самостійне вивчення.Обсяг навчального матеріалу розподілений за 2 модулями (8 кредитів). Тематика запропонованих робіт практикуму відповідає структурі теоретичного курсу. В роботах містяться коротка теоретична інформація , докладні рекомендації щодо виконання робіт, завдяки чому ряд представлених лабораторних робіт можна запропонувати для індивідуального опрацювання згідно з навчальним планом.

Завдання курсу:

• Методичні – сприяти оволодінню методами наукового пізнання, наукових досліджень у фізіології рослин.

• Пізнавальні –виробити у студентів знання про головні функції рослинного організму та розкриття їх механізмів.

• Практичні - закріпити на практиці отримані теоретичні знання з різних розділів фізіології рослини: водяний режим рослини,фотосинтез, дихання, мінеральне живлення, ріст і розвиток рослин та інш. Навчити студентів ставити наукову проблему, визначати тему і розробляти схему дослідів. Відпрацьовувати методику закладання дослідів з водяними та грунтовими культурами, дрібноділянкових дослідів.

У результаті вивчення даного курсу студент повинен

знати: - Водоутримна здатність та її залежність від хімічного складу, структури клітин, тканин, органів. Водний баланс клітини та організму; водний потенціал клітини та його зв’язок з осмотичним потенціалом. Дифузія, осмос, активний і пасивний транспорт у водообміні клітини. Хімічний склад та структура фотосинтезуючого апарату рослини; різноманітність основних фотосинтетичних пігментів у рослин. Біосинтез фотосинтетичних пігментів; основні етапи біосинтезу хлорофілу. Комплекси фотосистем I та II, їх участь в первинних процесах переносу електронів. Фотосинтез; сучасні уявлення про механізм виділення кисню в процесі фотосинтезу; циклічний та нециклічний транспорт електронів. Поглинання квантів світла пігментами тилакоїдної мембрани; електрон-збуджені стани хлорофілів. Флуоресцентно-мікроскопічні дослідження хлорофілоносних клітин в період вегетації. Фотосинтез: розгалуження шляхів електронного транспорту при переносі електронів між двома фотосистемами; шляхи фіксації СО₂ в рослинних організмах; структурна організація АТФ-синтетазного комплексу мембран; механізм синтезу АТФ та енергетична ефективність фотосинтезу. Різноманіття шляхів дихання рослин різних видів (гліколіз, цикл три карбонових кислот, гліоксалатний цикл, пентозо-фосфатний шунт); взаємозв’язок різних шляхів дисиміляції глюкози. Дихання у водних рослин та методи його дослідження. Газовий режим водного середовища, зміна складу газів в процесі метаболізму водних рослин. Екологічні аспекти дихання різних груп водних рослин. Субстрати постачання вуглецю у водному середовищі. Хімічна природа і механізм дії пероксидаз: субстрати та інгібітори; локалізація та біологічна роль рослинної пероксидази. Перетворення жирів у вуглеводи в процесі глюконеогенезу у рослин. Каталаза: хімічна природа, функції, механізм дії. Фізіологічне значення альтернативних шляхів дихання; регуляторні механізми дихання; зв’язок дихання та окисного фосфорилювання. Фітогормони та їх класифікація; рецептори і механізми дії фітогормонів. Фотоперіодизм і термоперіодизм рослин, ауксин-залежні процеси в онтогенезі рослин: морфогенез, апікальне домінування, тропізми, старіння.

вміти: оцінювати метаболізм вуглеводів в рослині, використовуючи методику визначення редукуючих цукрів та полісахаридів; визначати вміст вільної та зв’язаної води в рослинах ваговим методом; використовуючи полярні та неполярні розчинники екстрагувати пігменти з рослин; використовуючи біохімічні методики визначати структурні компоненти фотосинтетичних пігментів, зокрема феофітин; використовуючи метод фотоколориметрії визначати кількість фотосинтетичних пігментів в рослинах; оцінювати функціональну активність хлорофілу флуоресцентним методом; визначити фотосенсибілізуючу дію хлорофілу, використовуючи модельні досліди; інтенсивність дихання пророслого насіння використовуючи метод кількісної оцінки виділеної вуглекислоти; інтенсивність дихання водних рослин за зміною вмісту кисню у воді після експозиції рослин в темряві (методом Вінклера); за допомогою спектрофотометру визначати динаміку активності пероксидаз в листках рослин; оцінювати зміни активності каталази в різних органах рослин за кількістю пероксиду водню, використовуючи метод титрування; визначати рівень стійкості до шкідливих газів листків рослин різних систематичних груп з урахуванням їхніх морфоструктурних ознак і функціональних показників, використовуючи ваговий метод; використовуючи люмінесцентний мікроскоп визначити кількість живих та мертвих клітин водоростей; за допомогою фітогормонів використовуючи селективні поживні середовища здійснювати направлену диференціацію калусу стебла модельної рослини

Теми лабораторних занять

№ з/п	Назва теми	Кількість годин
1	Визначення осмотичного тиску клітинного соку методом плазмолізу	2
2	Визначення всисної сили зпрощенним методом по Ушпрунгу	2
3	Проспостерігати за живою та мертвою цитоплазмою	2
4	Визначення інтенсивності транспірації ваговим методом	2
5	Визначити транспірацію верхнього та нижнього боків листка за допомогою хлоркобальтового паперу (за Шталем)	2
6	Визначення швидкості поглинання води рослиною	2
7	Антагонізм іонів на рівні цілої рослини	2
8	Антагонізм іонів на рівні рослинної клітини	2
9	Мікрохімічний аналіз золи рослин	2
10	Пігменти листка та їх властивості	4
11	Хроматографічний метод розділення пігментів листка	2
12	Визначення ферменту амілази у проростаю чому насінні	2
13	Визначення активності ферменту каталази у рослинних об’єктах	2
14	Визначити інтенсивність дихання в за кількістю виділеної вуглекислоти (метод П. Бойсена-Йенсена)	2
15	Визначення зони росту кореня та стебла	2
16	Поспостерігати епінастичні та гіпонастичні рухи листків під дією гетероауксину	2
17	Геотропічна реакція	2
18	Визначення жаростійкості рослинного організму (за Ф.Ф. Мацковим)	2
19	Перевірити захисну дію цукру на цитоплазму при низьких температурах	2
20	Визначення життєздатності насіння	2
21	Вирощування стерильних рослин з насіння	2
22	Отримання та культивування калусів моркви	2
23	Визначення активності поліфенолксидази в суспензійній культурі та калусів клітин моркви	2
	Разом	48

Шкала оцінювання: національна та ECTS

Сума балів за всі види навчальної діяльності	Оцінка ECTS	Оцінка за національною шкалою
		для екзамену, курсового проекту (роботи), практики	для заліку
90 – 100	А	відмінно	зараховано
82-89	В	добре
74-81	С
64-73	D	задовільно
60-63	Е
35-59	FX	незадовільно з можливістю повторного складання	не зараховано з можливістю повторного складання
0-34	F	незадовільно з обов’язковим повторним вивченням дисципліни	не зараховано з обов’язковим повторним вивченням дисципліни

В С Т У П

Лабораторні заняття є обов’язковим видом навчального процесу, який дозволяє студентам отримати підтвердження теоретичних положень основного матеріалу лекційного курсу. Фізіологія рослин як експериментальна наука тісно пов’язана з практикою сільського господарства, а тому викладання цього курсу передбачає обов’язкове виконання певних практичних завдань. З метою не тільки здобуття знань, а і навичок з практичного досвіду вирощування рослин, програмування та прогнозування кінцевих результатів. Важливим моментом у проведенні лабораторних занять є поєднання навчального процесу з науковою роботою, а тому переважну більшість лабораторних робіт треба виконувати на стандартизованих дослідних рослинах і, по можливості, з використанням сучасних методів досліджень. Налагоджені таким чином лабораторно-практичні заняття стимулюють індивідуальну роботу студентів, підвищують їх інтерес до конкретних питань фізіології рослин, сприяють кращому оволодінню матеріалом дисципліни на підставі свідомого засвоєння та власних експериментальних результатів.

При складанні методичних вказівок була використана програма з фізіології рослин для спеціальностей: «Хімія і біологія», «Біологія і хімія», яка затверджена Управлінням вищих навчальних закладів МОіНУ

До кожної лабораторної роботи подається коротке теоретичне пояснення та методичні вказівки, поставлені контрольні запитання.

Як основну літературу з курсу фізіологія рослин студенти можуть використати такі навчальні посібники:

Підручники

Алешин Е.А., Пономарев А.А. Физиология растений. – М.: Колос,– 1979

Брайон О.В., Чикаленко В.Г., Славний П.С., Мережинський Ю.Ю., Білановський М.Ф. / за ред.. М.М. Мусієнко/ Фізіологія рослин: Практикум. – К.: Вища школа, – 1995. – 191 с.

Генкель П.А. Физиология растений. – М.: Просвещение, – 1975

Лебедев С.К. Физиология растений. – М.: Колос, – 1988

Мусієнко М.М. Фізіологія рослин: Підручник. – К.: Фітосоціоцентр, 2001. – 392 с.

Негода О.В. Лабораторний практикум з дисципліни «Фізіологія рослин» для студентів аграрних університетів. – Фітосоціоцентр, 2003. – 112 с.

Новиков В.А. Физиология растений. – Л.: Сельхозлитер.,– 1961

Поліщук Л.К. Фізіологія рослин. - .:

Проценко Д.П. Фізіологія рослин. – М.: Колос , – 1980

Якушкина И.М. Физиология растений. – М.: Просвещение, 1980

Правила роботи з реактивами

Хімічні реактиви – речовини, що мають високу ступінь чистоти і використовуються для проведення хімічних реакцій.

Реактиви в лабораторії повинні мати етикетку з назвою, датою випуску, назвою заводу-виробника, хімічною формулою, концентрацією розчину.

Не можна використовувати реактиви невідомого складу, визначати їх по запаху або на смак.

Тверді реактиви треба набирати фарфоровою ложкою, шпателем, грудочки розбивати скляною паличкою. Не можна брати їх руками, а також допускати переплутування пробок, кришок від банок з різними реактивами.

Реактиви з сильним запахом або отруйні речовини необхідно переливати тільки в витяжній шафі. Рідину, яка горить, слід гасити піском.

Посуд із кислотами, лугами та іншими реактивами не можна ставити біля електрообладнання та приладів. При переливанні рідких речовин необхідно користуватися лійкою. При необхідності треба користуватися автоматичною піпеткою або грушею.

Робота з кислотами.

Працювати з кислотами необхідно під тягою. При виготовленні розчинів сірчаної кислоти кислоту треба лити у воду порціями та перемішувати. При цьому розчин нагрівається.

В разі опіку кислотами травмоване місце добре промити водою, після чого обробити 5% – ним розчином двовуглецевого натрію або 10% – ним розчином вуглекислого амонію ізнову водою.

Робота з лугами

Під час приготування розчинів не можна брати луги руками. В разі опіку лугом ушкоджене місце необхідно промити декілька разів водою, а потім обробити 3-6-%-ним розчином оцтової кислоти або 1-2%- ним розчином соляної кислоти, а потім знову водою.

При зважуванні твердих реактивів на технічних терезах слід використовувати спеціальний папір, а на аналітичних – скляний посуд.

При роботі з леткими речовинами, а також при нагріванні речовин на водяній бані необхідно користуватися тягою. При користуванні хімічними розчинами треба відливати стільки розчину, скільки потрібно для роботи. Залишки не можна виливати в склянку з основним розчином.

В лабораторії слід працювати в білих халатах.

Розділ V. Дихання рослин Робота № 18. Визначення інтенсивності дихання рослин за кількістю виділеної вуглекислот (за п. Бойсен-Йенсен).

Основні відомості. Дихання – це складний фізіологічний процес, який є інтегральним показником метаболізму рослин. Окиснювальний апарат рослин має свої специфічні особливості. Насамперед, на відміну від тварин, для нього характерні:

• делокалізація дихального апарата (мітохондрії, пероксисома, цитоплазма та ін.);

• поліфункціональність, тобто наявність каталізаторів, що характеризуються багатьма властивостями;

• принцип, коли в організмі є кілька ферментів, які каталізують однакові або близькі реакції.

Інтенсивність дихання визначають кількістю вуглекислоти, що виділяється в процесі дихання одиницею маси рослини за одиницю часу.

Процес дихання супроводжується поглинанням кисню та виділенням вуглекислого газу, отже інтенсивність дихання можна визначити або за кількістю поглинутого кисню, або за кількістю виділеного при диханні вуглекислого газу.

Найкращими об’єктами для проведення цієї роботи є проросле і сухе насіння. Для визначення інтенсивності дихання за кількістю виділеної вуглекислоти, в конічні колби розміщують наважку досліджуваного матеріалу в мішечку з марлі, підвішеному на гачку до пробки, та наливають певну кількість лугу. Вуглекислота, яка виділяється при диханні насіння, буде взаємодіяти з лугом за рівнянням:

Ва(ОН)₂ + СО₂ = ВаСО₃ + Н₂О.

В результаті цієї реакції, концентрація розчину зменшується. Надлишок розчину бариту титрують розчином H₂C₂O₄, в присутності індикатора фенолфталеїна, до зникнення червоного забарвлення.

2Ba(OH)₂ + H₂C₂O₄ = 2BaCO₃ + 2H₂0.

Порівнюючи одержані величини в досліджуваній та контрольній колбах, визначають інтенсивність дихання, яка пропорційна кількості вуглекислоти.

Мета роботи. Оволодіти методом визначення інтенсивності дихання різних рослинних об’єктів за кількістю виділеної вуглекислоти.

Матеріали, реактиви, обладнання. Проросле і сухе насіння рослин (пшениці, гороху, квасолі та ін.), листки, квітки, бруньки різних видів рослин; розчин Ba(OH)₂, розчин H₂C₂O₄, фенолфталеїн; бюретки для титрування, терези, шматочки марлі; конічні колби на 250-300 мл з гумовими корками, в які вставлені металеві гачки.

Хід роботи. Готують баритову воду (7 г Ba(OH)₂ на 1 л гарячої кип’яченої води) і розчин щавелевої кислоти (2,8636 г H₂C₂O₄ на 1 л дистильованої води).

Беруть наважку (5-10 г) пророслого насіння у марлевому мішечку і закріплюють його на гачку корка (мішечок повинен легко проходити крізь горло колби і не торкатись розчинів). Коли все підготовлено, у колби швидко наливають по 25 мл баритової води, додають 2-3 краплини фенолфталеїну і щільно закривають колби гумовими корками.

У контрольну колбу наливають таку саму кількість бариту і фенолфталеїну, але насіння в неї не опускають. Періодично колби слід обережно збовтувати (барит при цьому не повинен торкатись мішечка з насінням), щоб порушити плівку BaCO₃ на поверхні бариту для повнішого поглинання вуглекислоти. Вміст контрольної колби титрують щавелевою кислотою.

Рис. Колба для визначення інтенсивності дихання за методом П.Бойсен-Йєнсен

Через 15-20 хв. мішечки з насінням швидко виймають і титрують щавелевою кислотою до повного зникнення рожевого відтінку.

Різниця в мл H₂C₂O₄ є кількість мг виділеної вуглекислоти для досліду з наважкою насіння. Зробивши розрахунок на 100 г наважки 1 год. інтенсивність дихання визначають за формулою:

_{X =} (a – b )10060 ,

Ht

де х – інтенсивність дихання насіння, мг СО₂ на 100 г за 1 год.

а – кількість розчину H₂C₂O₄, затраченого на титрування контролю, мл,

в – кількість розчину H₂C₂O₄, затраченого на титрування досліду, мл,

H – наважка, г,

t – тривалість досліду, год,

100 – коефіцієнт перерахунку мг в г,

60 – коефіцієнт перерахунку хв. в год.

Результати досліду записують у таблицю:

Об’єкт	Наважка, г	Кількість Ba(OH)2, мл	Тривалість досліду, год	Кількість Н2С2О4, затраченого на титрування, мл		Інтенсивність дихан-ня, мг CO2 на 100 г сирої маси наважки за год.
				контроль	дослід

Зробіть висновки, співставивши інтенсивність дихання різних об’єктів.

Контрольні питання.

1. Що таке дихання і яке воно має значення в житті рослинного організму?

2. Що таке інтенсивність дихання?

3. Які фактори навколишнього середовища можуть впливати на інтенсивність дихання?

4. На чому грунтується метод визначення інтенсивності дихання за кількістю виділеної вуглекислоти?

5. Які органи рослини дихають найінтенсивніше?

6. Чому зволожене насіння не може зберігатися тривалий час?