Лабораторные работы по физиологии растений

является консервирование сырого молока в отсутствие охлаждения во время транспортировки из центра сбора на перерабатывающий завод. Однако молоко,

обработанное лактопероксидазой, все равно должно подвергаться процессам стерилизации молока, таким как пастеризация (Nagodawithana и Reed, 1993).

Различные коммерчески доступные ферменты приведены в таблице 16.2 с

указанием основных игроков рынка, которые производят различные молочные ферменты из различных растительных, животных и микробных источников.

Оксидоредуктазы могут быть классифицированы в соответствии с расположением или структурой трехмерного здания, что является чрезвычайно поучительным, направленным на выявление корреляции структурных функций,

развитие ферментов, геномную функцию и обнаружение новых кремниевых ферментов. для использования оксидоредуктазы также могут быть классифицированы в соответствии с их названием стимуляция и / или кофермент-зависимость.

Гидроксилазы, оксигеназы, пероксидазы и редуктазы. Молекула кислорода действует как рецептор водорода или электрона. Их ферменты называются оксидазы является запутанным.

Оксидоредуктазы представляют собой большой набор ферментов,

существующих в различных областях естественного жизненного цикла, таких как микроорганизмы, растения и животные. Комиссия ЕС по ферментам насчитывает таксономию ферментов. Они классифицируются по EC 1. Это включает примерно одну треть ферментативных действий, которые указаны в списке ферментов Бруншвейга (Селлес Видаль et al, 2018). Этот фермент стимулирует (передачу и передачу) электронов между (донорными и акцепторными) молекулами, реакцию, включающую перенос электронов,

протонов, экстракцию водорода, перенос гидридов, введение кислорода, а также дополнительные важные стадии. Как правило, две пополам реакции, такие как некоторая окислительная и одна восстановительная встречаются и, по меньшей

21

мере, два субстрата, такие как один восстанавливающий и один окисляющий,

активируются и преобразуются. Оксидоредуктазы представляют собой большую категорию ферментов, катализирующих передачу электрона от молекул-доноров электронов (восстановление) к молекулам-акцепторам электронов (окисление),

обычно в качестве кофактора используют NADP никотинамид– адениндинуклеотидфосфат или NAD никотинамид-адениндинуклеотид. Тогда,

поскольку различные биохимические превращения включают методы,

препятствующие окислению, более важной целью в биотехнологии было продвижение прикладных биокаталитических применений оксидоредуктаз. За последние несколько лет были сделаны значительные открытия в улучшении диагностики на основе оксидоредуктазы, чем разработанные биодатчики и план новой системы по обновлению необходимых коферментов. Изучение структуры биореактора для биодеградации загрязняющих веществ и обработки биомассы, а

также усовершенствование стилей на основе оксидоредуктазы для производства полимера и функционального органического

Поскольку некоторые химические и биохимические преобразования включают методы восстановления окисления, было привлекательным, хотя и несколько неуловимым, разработать биокаталитическое применение окислительных ферментов с первых лет развития биомедицинских технологий

Область применения этих ферментов включает симметричную оксифункционализацию стероидных и других фармацевтических препаратов,

производство и изменение полимеров, окислительное разложение загрязняющих веществ, оксифункционализацию углеводородов и структуру биосенсоров для разнообразного аналитического и клинического применения. Катализ,

созданный оксидоредуктазой, хорошо развивается благодаря усовершенствованию в высокоэффективной, ремонтопригодной и экологически чистой промышленности, тогда они пригодны для вторичной переработки,

точны в естественных условиях и экономят энергию. Эта ферментативная система может включать различные сопутствующие факторы, такие как симметричные стероидные и другие фармацевтические кислородные функции,

22

синтез и модификация полимеров, окислительная деградация загрязняющих веществ, оксифункция углеводородов и структура биосенсора, были включены в применение этих ферментов для ряда аналитических и клинических применений.

Работа 1. Обнаружение анаэробных дегидрогеназ.

Задание. Установить присутствие анаэробных дегидрогеназ в растительном материале. Опыт зарисовать, сделать вывод.

Материалы и оборудование. Набухшие семена гороха, две пробирки с пробками, метиленовая синяя, термостат на 60С, штатив.

Ход работы. С набухших семян гороха снимают кожуру и по 15 шт.

помещают в две пробирки. Семена в одной из пробирок кипятят 10 мин. После кипячения семена в обеих пробирках заливают метиленовой синей. Через 10 мин,

краситель сливают, семена ополаскивают и пробирки полностью заливают водой, закрывают пробками и устанавливают в термостат на 2-2,5 час. После экспозиции семена просматривают, результаты опыта обрабатывают. Принцип метода обнаружения дегидрогеназ основан на способности метиленовой синей восстанавливать водород дегидрогеназ.

Работа 2. Обнаружение активности пероксидазы.

В отличие от других аэробных дегидрогеназ акцептором водорода для пероксидазы служит кислород перекисных соединений. Используя кислород перекиси, пероксидаза катализирует окисление различных фенолов и ароматических аминов. Например, при действии пероксидазы на пирогаллол образуется пурпурогалин:

4C6H3(OH)3 + 9H2O2 → C20H16O9 + 4CO2 + 13H2O

Задание. Установить различные в степени активности пероксидазы у проросших и непроросших семян пшеницы. Опыт зарисовать, сделать выводы.

Материалы и оборудование. Семена проросшей и непроросшей пшеницы, 2 ступки, две пробирки, две воронки, фильтровальная бумага, спиртовка,

пипетки, пирагаллол,10% раствор перекиси водорода.

23

Ход работы. Берут две навески по 2 г наклюнувшихся и непроросших семян пшеницы. Какую партию семян растирают, заливают 20 мл воды,

настаивают 10 мин и фильтруют. Фильтраты делят поровну на две части, одна из которых кипятится 2-3 минуты. После кипячения растворы охлаждают и восстанавливают их первоначальный объем. Затем в каждую из четырех пробирок приливают по 1 мл пирогаллола и 2 мл перекиси водорода. По полученной пурпурной окраске в каждой пробирке судят о присутствии и активности фермента в зависимости от состояния исходного растительного материала.

Работа 3. Определение активности каталазы газометрическим методом

Задание. Определить активность каталазы у различных растительных объектов по количеству выделяемого О2 во времени. На основании полученных данных вычертить график, сделать сравнительный вывод.

Материалы и оборудование. Растительный материал, газометрический прибор для определения активности каталазы, ступка, пипетка, часы, песок, мел, 10% раствор Н2О2.

Ход работы. Навеску растительного материала в 5 г тщательно растереть в ступке с небольшим количеством мела (в сырой материал добавляют еще и песок). Растертый материал переносят в приемную камеру газометрического прибора. Ступку ополаскивают 10 мл Н2О, которую также выливают в прибор.

На дно приемной камеры устанавливают небольшой стаканчик с 5 мл H2О2.

Прибор собирают и устанавливают в нулевое положение. Уровень воды в бюретке должен находиться на верхней отметке, что достигается вертикальным перемещением емкости.

Подготовив прибор, включают часы, одновременно вводя в исследуемый материал Н2О2. В дальнейшем необходимо слегка встряхнуть приемную камеру для равномерного перемещения мезги и Н2О2.

С момента начала опыта ведут наблюдения за выделением О2, отмечая его объем по уровню опустившегося мениска в бюретке.

24

По условиям данного опыта, наблюдение продолжают в течение 5 мин, а

отсчет производится через каждую минуту. Если выделение кислорода прекращается раньше, то опыт прерывают на соответствующей минуте наблюдения.

По ходу эксперимента может оказаться, что О2 выделится больше, чем вмещает объем бюретки. В таком случае, пользуясь системой клапанов, следует выпускать кислород из бюретки, сохраняя его в приемной камере и, восстановив нулевое положение прибора, продолжать опыт. Результаты наблюдений заносят в таблицу.

Примечание. Устройство газометрического прибора для определения активности каталазы.

Основные части прибора: приемная камера, бюретка (на 25 или 50 мин),

емкость для запаса воды (ею может служить воронка). Все они соединены между собой резиновыми шлангами так, что бюретка и емкость для воды представляют замкнутую систему сообщающихся сосудов. Поэтому, перемещая их относительно друг друга в вертикальном положении, можно изменить уровень воды в бюретке (при установке нуля).

Приемная камера может быть двух типов или в виде у –образной емкости с отверстием в верхней точке изгиба, или в виде широкогорлой склянки на 100-

150 мл. Емкости закрываются пробками с вмонтированными в них стеклянными трубками. Пробки с помощью резинового шланга через тройник соединены с бюреткой.

25

Бюретка и емкость для воды крепятся на штативе в вертикальном положении. На резиновом шланге, соединяющем приемную камеру с бюреткой,

и на свободном резиновом конце, отходящем от тройника, устанавливают клапаны-зажимы.

26

Лабораторное занятие 5.

Механизм поглощения, передвижения и выделения воды растениями

Согласно исследованиям, вода покрывает около 73% поверхности земли и обеспечивает самую обширную среду для всей водной флоры и фауны из-за ее уникальных свойств с экологической точки зрения. Вода встречается во всех трех физических формах на земле при умеренной температуре. Он присутствует либо в виде пресной воды, либо в виде соленой воды в морях и соленых озерах.

Пресная вода активных грунтовых вод, ледников и ледяных шапок, рек, озер,

плотин, ручьев, влажности почвы и т.д. составляет всего 1,92% от общего запаса воды. Но даже из этого небольшого сегмента до 98,65% приходится на активные грунтовые воды и лед на горных вершинах и полюсах, озера и реки составляют лишь 0,98% и 0,004% запасов пресной воды соответственно.

Структура и свойства: вода составляет более 90% химического состава многих организмов, и поэтому мы можем с полным основанием сказать, что вода является жидкостью жизни, но перед этим необходимо понять различные физиологические процессы, связанные с диффузией и поглощением воды, а

также фундаментальные химические и физические свойства воды и его взаимодействие с другими веществами. Вода участвует во всех метаболических реакциях прямо или косвенно. Вода – это замечательное соединение с уникальными свойствами, которые обусловлены ее молекулярной конфигурацией и водородными связями.

Молекулярная структура воды: одна молекула воды состоит из двух атомов водорода, ковалентно связанных с одной стороны атома кислорода. Вода поглощает большое количество тепла и выдерживает другие физические нагрузки без разрыва связей. Вода представляет собой полярное неорганическое соединение при комнатной температуре, при комнатной температуре связывается друг с другом из-за асимметричного распределения, следовательно,

из-за этих ассоциаций, т.е. адгезии или когезии, которые имеют решающее значение для движения воды в почвах и перемещения воды в растениях.

27

Химический состав воды, в котором атомы водорода присоединены к атому кислорода, приводит к тому, что одна сторона молекулы имеет отрицательный заряд, а область в противоположном направлении имеет положительный заряд,

что приводит к присоединению молекул воды друг к другу, образуя прочную молекулярную связь. Сильная водородная связь молекулы воды возникает в результате физиологии и биохимии растений.

Вода является наиболее ограничивающим абиотическим (неживым)

фактором роста и продуктивности растений и основным фактором,

определяющим распределение растительности по всему миру. С древних времен люди осознавали жажду растений к воде, о чем свидетельствует существование ирригационных систем в начале истории человечества. Важность воды для растений обусловлена ее центральной ролью в росте и фотосинтезе, а также в распределении органических и неорганических молекул. Несмотря на эту зависимость, растения удерживают менее 5% воды, поглощенной корнями, для расширения клеток и роста растений. Остаток проходит через растения

непосредственно в атмосферу, этот процесс называется

транспирацией. Количество воды, теряемой в результате транспирации, может быть невероятно высоким; одно орошаемое растение кукурузы, растущее в Канзасе, может использовать 200 л воды в течение обычного лета, в то время как некоторые крупные деревья тропического леса могут использовать почти 1200 л

воды за один день!

Если вода так важна для роста и выживания растений, то почему растения тратят ее так много? Ответ на этот вопрос лежит в другом жизненно важном для растений процессе – фотосинтезе. Для производства сахаров растения должны поглощать углекислый газ (CO2) из атмосферы через маленькие поры в листьях,

называемые устьицами. Однако, когда устьица открываются, вода теряется в атмосферу с большей скоростью по сравнению с небольшим количеством

28

существовании растений; устьица должны оставаться открытыми для образования сахаров, но при этом существует риск обезвоживания.

По существу, вся вода, используемая наземными растениями, поглощается из почвы корнями. Корневая система состоит из сложной сети отдельных корней, возраст которых различается по длине. Корни растут из кончиков и первоначально образуют тонкие и недревесные тонкие корни. Тонкие корни являются наиболее проницаемой частью корневой системы и, как считается,

обладают наибольшей способностью поглощать воду, особенно у травянистых

(т.е. недревесных) растений (McCully 1999). Тонкие корни могут быть покрыты корневыми волосками, которые значительно увеличивают площадь поглощающей поверхности и улучшают контакт между корнями и почвой. Некоторые растения также улучшают поглощение воды, устанавливая симбиотические отношения с микоризными грибами, которые функционально увеличивают общую площадь поглощающей поверхности корневой системы.

У высших растений вода поглощается через корневые волоски, которые находятся в контакте с почвенной водой и образуют зону корневых волосков немного позади кончиков корней. Корневые волоски представляют собой трубчатые, похожие на волосы продолжения клеток эпидермального слоя (когда эпидермис имеет корневые волоски, он также известен как ворсистый слой)

корней. Стенки корневых волосков проницаемы и состоят из пектиновых веществ и целлюлозы, которые по своей природе являются сильно гидрофильными (влаголюбивыми). Корневые волоски содержат вакуоли,

заполненные клеточным соком.

Когда корни удлиняются, старые волоски отмирают, и развиваются новые корневые волоски, так что они находятся в контакте со свежими запасами воды в почве.

Механизм поглощения воды бывает двух типов:

Активное поглощение воды:

Вэтом процессе клетки корней играют активную роль в поглощении воды,

аметаболическая энергия, выделяемая при дыхании, расходуется.

29

Активное поглощение может быть двух видов:

a) Осмотическое поглощение, т.е. Когда вода поглощается из почвы в ксилему корней в соответствии с осмотическим градиентом.

б) Неосмотическое поглощение, т.е. когда вода поглощается против осмотического градиента.

Пассивное поглощение воды:

В основном это происходит за счет транспирации, корневые клетки не

играют активной роли и остаются пассивными.

(1a) Активное осмотическое поглощение воды:

Первым шагом в осмотическом поглощении воды является поглощение

почвенной воды гидрофильными клеточными стенками корневых

волосков. Осмотическое давление клеточного сока корневых волосков обычно выше, чем почвенной воды. Следовательно, дефицит диффузионного давления и давление всасывания в корневых волосках становятся выше, и вода из клеточных стенок поступает в них через плазматическую мембрану (полупроницаемую)

путем осмотической диффузии.

Таким же образом вода путем межклеточной осмотической диффузии постепенно достигает самых внутренних кортикальных клеток и энтодермы. Осмотическая диффузия воды в энтодерму происходит через специальные тонкостенные проходные ячейки, поскольку другие энтодермальные клетки имеют непроницаемые для воды каспаровые полоски на стенках.

Транспирация является важным физиологическим процессом, так как способствует созданию непрерывно протекающего через растение тока воды,

который обеспечивает передвижение веществ по растению. Транспирация – главный двигатель этого тока, в силу чего создается известная автоматичность в возмещении потерянной растением влаги.

Различают транспирацию устьичную и кутикулярную. Обычно эти процессы идут одновременно со значительным преобладанием первого у взрослых листьев большинства растений.

30