Лабораторные работы по физиологии растений

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ЧЕЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А.А.КАДЫРОВА»

Биолого-химический факультет

ИРИСХАНОВА З.И.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ

учебно-методическое пособие

Грозный, 2022

УДК 581.1 ББК 28.57

Печатается по решению Ученого совета ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет им. А.А. Кадырова»

протокол № 1 от 29.09.2022 г.

Автор:

З.И. Ирисханова, кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники, зоологии и биоэкологии ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет им. А.А. Кадырова»

Рецензенты: А.М. Дохтукаева,

Кандидат биологических наук, доцент кафедры «Клеточная биология, морфология и микробиология ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет Чеченский государственный университет им. А.А. Кадырова»

А.А. Атаева,

кандидат биологических наук, доцент кафедры «Общая химия»

ФГБОУ ВО «Грозненский государственный нефтяной технический университет им. академика М.Д. Миллионщикова»

В настоящем учебно-методическом пособии содержатся основные сведения по физиологии растений. Рассматриваются методы изучения физиологии и растительной клетки, водного обмена, фотосинтеза, дыхания, минерального питания, роста и развития, приспособления и устойчивости растений. Приведены описания лабораторных работ. Рассчитано для студентов биологических специальностей. Для приобретения навыков самостоятельной работы, способствующих закреплению теоретических знаний и формированию навыков научно-исследовательской работы.

Ирисханова З.И., Лабораторные работы по физиологии растений. – Грозный: Изд-во Чеченский государственный университет им. А.А. Кадырова,

2022. – 76 с.

©Ирисханова З.И., 2022

©ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет им. А.А. Кадырова», 2022

2

3

Введение

Важность лабораторных занятий для студентов, изучающих естественные науки, широко признана.

Физиология растений - это экспериментальная наука, и поэтому ее содержание является результатом экспериментальной работы, выполняемой в лаборатории. Важность лабораторного обучения для студентов, изучающих естественные науки, широко признана не только с точки зрения их подготовки в учебной дисциплине, но и потому, что на отношение студентов к науке в значительной степени влияет их лабораторный опыт.

Физиология растений изучает процессы жизнедеятельности растительных организмов во взаимодействии с условиями и существования. Потому она является основой, фундаментом тех специальных дисциплин, знание которых позволит студенту успешно овладеть избранной специальностью. Глубина изучения физиологии растений определяет не только уровень готовности студента для успешного овладения специальными дисциплинами, но и предопределяет его будущую практическую деятельность.

Правила безопасности в лаборатории физиологии растений – это рекомендации, разработанные безопасности во время проведения лабораторных занятий. Некоторые приборы и химикаты в лаборатории могут нанести серьезный вред. Всегда разумно соблюдать все правила безопасности в лаборатории. Не забывайте, что самое полезное правило безопасности -

использовать простой здравый смысл.

Следующие правила безопасности представляют собой образец самых основных правил, которые следует соблюдать при работе в лаборатории биологии. В большинстве лабораторий правила безопасности вывешены на видном месте.

1. Будьте готовы.

Прежде чем вы войдете в лабораторию биологии, вы должны быть подготовлены и осведомлены о любых лабораторных упражнениях, которые

4

должны быть выполнены. Это означает, что вы должны прочитать руководство по лабораторной работе, чтобы точно знать, что вы будете делать.

Перед началом лабораторной работы просмотрите свои заметки по физиологии растений и соответствующие разделы в учебнике. Убедитесь, что вы понимаете все процедуры и цели, так как это поможет вам понять лабораторные работы, которые вы будете выполнять. Это также поможет вам упорядочить свои мысли, когда вам нужно будет написать отчет по лабораторной работе.

2. Будьте аккуратны.

При работе в лаборатории убедитесь, что вы содержите свое пространство в чистоте и порядке. Если вы случайно что-то пролили, попросите помощи при уборке. Кроме того, не забудьте очистить рабочее место и вымыть руки, когда закончите.

3. Будьте осторожны.

Возможно, вы работаете со стеклом или острыми предметами, поэтому не стоит обращаться с ними небрежно.

4. Носите соответствующую одежду.

Некоторые химические вещества могут повредить одежду. Имея это в виду, вы должны быть уверены, что одежда, которую вы носите, - это то, без чего вы могли бы обойтись, если она будет повреждена. В качестве меры предосторожности рекомендуется надеть фартук или лабораторный халат.

5. Будьте осторожны с химикатами.

Лучший способ обезопасить себя при работе с химикатами - это предположить, что любой химикат, с которым вы работаете, опасен. Убедитесь,

что вы понимаете, какие химические вещества вы используете и как с ними следует правильно обращаться. При попадании на кожу какого-либо химического вещества немедленно промойте его водой и сообщите об этом инструктору лаборатории. При работе с химикатами надевайте защитные очки,

что подводит нас к следующему правилу.

5

6. Надевайте защитные очки.

Защитные очки могут быть не самым модным аксессуаром и неудобно сидеть на лице, но их всегда следует носить при работе с химикатами или любым типом нагревательных приборов.

7. Найдите защитное оборудование.

Убедитесь, что вы знаете, где найти все защитное оборудование в биологической лаборатории. Сюда входят такие предметы, как огнетушитель,

аптечка первой помощи, разбитые стеклянные сосуды и контейнеры для химических отходов. Также убедитесь, что вы знаете, где расположены все аварийные выходы и какой маршрут выхода выбрать в случае чрезвычайной ситуации.

8. В лаборатории биологии есть несколько вещей, которых вы всегда должны избегать — вот несколько основных лабораторных запретов.

Не

ешьте или пейте в лаборатории

попробуйте любые химикаты или вещества, с которыми вы работаете

используйте рот для пипетирования веществ

обращайтесь с битым стеклом голыми руками

сливайте химикаты в канализацию без разрешения

используйте лабораторное оборудование без разрешения

проводите свои собственные эксперименты без разрешения

не оставляйте нагреваемые материалы без присмотра

размещайте легковоспламеняющиеся вещества вблизи источников

тепла

участвуйте в детских шалостях, таких как шалости или шалости

6

Лабораторное занятие 1.

Осмотические свойства растительной клетки

Огромную роль в явлениях поглощения и выделения веществ растительной клеткой играют процессы диффузии и осмоса.

Диффузия – направленное передвижение частиц диспергированного вещества из одной системы в другую.

Присутствие растворенных веществ в растворах или в живых клетках снижает активность и диффузионное давление присутствующих молекул воды. Если это влияние на давление диффузии воды не изменяется в ячейке каким-либо другим фактором, таким как повышенное гидростатическое давление или давление тургора, общая концентрация присутствующих растворенных частиц (молекул, ионов и даже коллоидных частиц) является показателем водопоглощающей способности ячейки. Однако обычно присутствие растворенных веществ является лишь одним из нескольких факторов, влияющих на давление диффузии воды в ячейке. Способность ячейки поглощать воду из соседней ячейки или окружающего раствора зависит от величины всех сил, влияющих на давление диффузии воды как внутри ячейки,

так и в прилегающей среде.

Диффузия молекул воды (растворителя) через полупроницаемую перегородку в сторону раствора большей концентрации называется осмосом.

Осмос является пассивным процессом и происходит без каких-либо затрат энергии. Он включает в себя перемещение молекул из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией, пока концентрации не станут равными по обе стороны мембраны.

Любой растворитель может подвергаться процессу осмоса, включая газы и сверхкритические жидкости.

Растительная клетка имеет клеточную мембрану и клеточную стенку в качестве своей границы. Клеточная стенка свободно проницаема для воды,

следовательно, она не подвержена движению воды. Осмос – это чистое

7

перемещение молекулы растворителя через полупроницаемую мембрану в область с более высокой концентрацией растворителя в область с более низкой концентрацией растворителя в направлении, которое стремится к выравниванию концентрации растворенного вещества с двух сторон. Если два раствора разной концентрации разделены полупроницаемой мембраной, которая проницаема для небольших молекул растворителя, но не для более крупных молекул растворенного вещества, растворитель будет стремиться диффундировать через мембрану от менее концентрированного раствора к более концентрированному.

Осмос – это, по сути, особый вид диффузии жидкостей. Простыми словами,

осмос можно рассматривать как диффузию, когда два раствора разной концентрации разделяются с помощью полупроницаемого.

В растворах разной концентрации частицы растворителя обладают различной свободной энергией, т. е. различной активностью. Активность частиц растворителя тем ниже, чем выше концентрация данного раствора и наоборот.

Наиболее активны, очевидно, частицы чистого растворителя.

Гидростатическое давление на полупроницаемую перепонку, отделяющую раствор от растворителя или раствора другой концентрации, называется осмотическим давлением.

Осмотическое давление - это давление, необходимое для предотвращения диффузии воды через мембрану путем осмоса. Оно определяется концентрацией растворенного вещества. Вода диффундирует в область с более высокой концентрацией из области с более низкой концентрацией. Когда концентрация веществ в двух контактирующих областях различна, вещества будут диффундировать до тех пор, пока концентрация не станет однородной.

Причиной его возникновения является повышенная активноcть частиц чистого растворителя по сравнению с их активностью в растворе.

Силы (давление), которые необходимо приложить к раствору для выравнивания скорости передвижения частиц растворителя в обоих направлениях, будут эквивалентны осмотическому давлению (Р).

8

В растительной клетке роль такой полупроницаемой мембраны выполняет вся протоплазма, и в первую очередь ее пограничные слои (мембраны плазмалемма и тонопласт), а клеточный сок – осмотически деятельного раствора.

Если клетку поместить в воду или раствор, концентрация которого ниже,

чем концентрация вакуолярного сока, то скорость поступления в клетку воды,

будет выше, чем скорость выделения ее из клетки. Проникая в вакуоль, вода вызывает увеличение объема клеточного сока. Соответственно увеличивается давление его на протоплазму, а через нее и на оболочку. Давление это называется тургорным (Т). Под влиянием внутреннего давления клеточная оболочка переходит в напряженное состояние. Эластическое противодавление,

оказываемое клеточной оболочкой на протоплазму, называют тургорным натяжением. Они равны по величине, но направлены в разные стороны.

Насасывание клеткой воды будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнут предел растяжимости клеточной оболочки. Клетка будет находиться в состоянии полного насыщения водой и занимает максимально возможный объем.

Большую роль в процессах поглощения воды корнями растений играет сосущая сила – способность клетки всасывать воду извне (S).

Сосущая сила не остается постоянной при разной степени оводненности клеток. Величина её максимальна при полном плазмолизе, когда Т= 0, и

равняется всей величине осмотического давления (S=P). По мере поступления в клетку воды, тургорное давление возрастает, а сосущая сила уменьшается, и при полном насыщении клетки водой (состояние максимального тургора) она будет равна нулю (S = 0). При таком состоянии клетки осмотическое давление равно тургорному давлению (Р = Т).

Таким образом, величина сосущей силы определяется разницей между осмотическим и тургорным давлением (S = Р - Т).

Лишь в состоянии циторриза, когда при резком испарении воды цитоплазма клеток не отстает от клеточной оболочки, а увлекает её за собой,

9

сосущая сила равна сумме осмотического и тургорного давления, т.к. последнее

будет с противоположным знаком:

S= Р - (-T) = Р + Т.

Значение осмоса

Осмос влияет на транспортировку питательных веществ и выделение продуктов метаболизма.

Он отвечает за поглощение воды из почвы и проведение ее в верхние части растения через ксилему.

Он стабилизирует внутреннюю среду живого организма,

поддерживая баланс между уровнями воды и межклеточной жидкости.

Он поддерживает упругость клеток.

Это процесс, с помощью которого растения поддерживают содержание воды, несмотря на постоянную потерю воды из-за испарения.

Этот процесс контролирует диффузию воды от клетки к клетке.

Осмос индуцирует тургор клеток, который регулирует движение растений и частей растений.

Осмос также контролирует расхождение плодов и спорангий.

Более высокое осмотическое давление защищает растения от повреждения засухой.

Работа 1. Получение искусственной клеточки Траубе

Задание. Получить искусственную клеточку Траубе. Провести наблюдение за её ростом. Обратить внимание на появление нисходящих струек. Зарисовать клетку, объяснить наблюдаемое явление, сделать выводы.

Материалы и оборудование. Раствор 0,05 М CuSO4

Раствор I M К4Fe(CN)6

2 пробирки, штатив.

Ход работы: Искусственная клеточка может быть получена с

помощью сернокислой меди (CuSO4) и желтой кровяной соли (К4Fe(CN)6).

Для этого в пробирку на 9/10 её объема наливается 0,05М раствор CuSO4 и

на его поверхность /мениск/ осторожно опускается капля I M / К4Fe(CN)6

10