Лабораторные работы по физиологии растений

Транспирация понижает температуру испаряющих воду листьев и тем самым способствует нормальному ходу фотосинтеза и других физиологических процессов.

Для учета транспирации можно использовать определенную величину – интенсивность транспирации.

Интенсивность транспирации есть количество испарений воды в граммах в 1 час с квадратного метра листовой поверхности. Интенсивность транспирации обычно определяют весовым методом.

Работа 1. Определение интенсивности транспирации.

Задание. Определить интенсивность транспирации. Прибор зарисовать.

Сделать выводы о зависимости транспирации от внешних условий и различных вариантов опыта.

Материалы и оборудование. Транспирационный прибор, лист, часть или целое растение, весы, чашка Петри, лист бумаги, ножницы.

Ход работы. Лист растения помещают в трнспирационный прибор

(пробирку с водой). Смонтированный прибор с листом взвешивают. Через 2 часа экспозиции взвешивание повторяют. Разница в массе показывает количество испарившейся воды с поверхности за данный промежуток времени. Площадь листа растения определяют весовым методом, для чего листовую пластинку растения помещают на лист писчей бумаги и тщательно карандашом обрисовывают контур. Проекцию листа вырезают и взвешивают. Затем вырезают из бумаги квадрат I0хI0см (100 см2) и тоже взвешивают. Площадь листа растения определяют по формуле:

М – масса проекции листа растения;

м – масса I см2 бумаги. H2O

Расчет интенсивности транспирации ведется по формуле:

31

M1 – масса прибора с листом до опыта;

M2 – масса прибора с листом после опыта; t – продолжительность опыта, час;

S – площадь листа растения, см2; 10000 – пересечет на м2;

Работа 2. Определение относительной транспирации.

Задание. Определить относительную транспирацию и сделать сравнительные выводы об интенсивности испарения воды с открытой водной поверхности и интенсивности транспирации. При этом следует помнить, что суммарная площадь устьиц составляет лишь 2-3% от всей площади листа.

Материалы и оборудование. Чашка Петри с налитой в нее водой, весы,

линейка, данные по интенсивности транспирации.

Ход работы. В чашку Петри наливают воду, взвешивают с точностью до второго знака и ставят в те же условия, в которых определяют интенсивность транспирации. Через определенное время (1-2ч) повторно взвешивают. Убыль в массе указывает количество испарившейся воды.

Расчет интенсивности испарения производится по формуле:

M1 – масса чашки Петри с водой до опыта;

M2 – масса чашки Петри с водой после опыта; t – продолжительность опыта, час;

S – площадь чашки Петри (ПR2 см2); 10000 – пересчет на м2.

Относительная транспирация рассчитывается по формуле.

ИТ

ОТ = .

Е

32

Примечание. Таблица 6 заполнена для примера.

3.2. Кобальтовая проба (метод ШТАЛЯ).

Задание. Установить относительную скорость транспирации во времени у различных растений или у одного растения, но с различных поверхностей листа

(верхняя и нижняя).

Материалы и оборудование. Растения в различных условиях освещения,

фильтровальная бумага, пропитанная CoCl2, два покровных стекла, суровые нитки, электронагревательный прибор.

Ход работы. Принцип метода.

Метод основан на способности CoCl2, присоединяя 6Н2О, изменять окраску от синего до розового цвета. На лист растения с верхней и нижней сторон накладывают полоски бумаги, пропитанные CoCl2 и просушенные до синего цвета. Бумага прикрывается покровными стеклами, которые закрепляют суровыми нитками. Смонтированный прибор в подвешенном состоянии крепится к побегу. После монтажа прибора отмечают время начала опыта и после этого ведут наблюдение за скоростью порозовения бумаги во времени. По полученным результатам устанавливается относительная скорость транспирации у различных объектов (листья из различных ярусов; верхняя и нижняя стороны, различные культуры и т.д.).

4. Присасывающее действие листьев (демонстрационный опыт).

Задание. Установить наличие верхнего концевого двигателя, дать объяснение механизма его действия, прибор зарисовать.

Материалы и оборудование. Ветки пихты, ели, сосны, замазка, кипяченая вода, каучуковая пробка, чашки для воды, штатив высокий чугунный с лапками и муфтами, нож, линейка, прибор для засасывания ртути растением (стеклянная толстостенная трубка), спиртовка, спички, чашечка для ртути, часы.

34

Ход работы. Прибор, состоящий из стеклянной толстостенной трубки,

заполняет поверху прокипяченной водой. В верхнюю часть прибора вставляется ветка растения, плотно зажатая в каучуковую пробку. Конец трубки спускают в чашечку с ртутью, на пробку слегка нажимают так, чтобы выдавить часть воды.

Засосать в трубку небольшой столбик ртути. Для наблюдения удобнее, чтобы первоначальный уровень ртути в трубке был выше уровня ртути в чашке.

Отмечают положение уровня ртути и следят по часам за быстротой его подъема.

При постановке опыта необходимо учесть следующее: внутри прибора не должно быть пузырьков воздуха; та часть ветки, которая вводится в трубку,

должна быть очищена от коры до камбия и не иметь боковых веток.

5. Механизм присасывающего действия листьев (демонстрационный опыт по засасыванию воды гипсовым блоком).

Задание. На основании наблюдений за присасыванием воды гипсовым блоком дать объяснение пассивного механизма поглощения и передвижения воды по растению. Прибор зарисовать.

Материалы и оборудование. Тонкая стеклянная трубка, соединенная с небольшой воронкой, залитой гипсом, кипяченая вода, чашечка с ртутью, штатив с зажимами.

Ход работы. Берут стеклянную воронку, залитую гипсом (гипсовый блок)

и плотно соединяют со стеклянной трубочкой, наполненной водой, при помощи каучукового шланга. Трубочку опускают в чашку с ртутью.

Вода, испаряясь с поверхности гипса, будет тянуть за собой (в силу молекулярного сцепления) воду из трубки, а ртуть, засасываясь, будет подниматься до гипсового блока.

6. Определение наличия корневого давления путем наблюдения гуттации

(демонстрационный опыт).

Задание. Путем наблюдения за выделением растениями воды в капельно-

жидком состоянии (гуттации) установить наличие корневого давления и описать его механизм. Опыт зарисовать.

35

Материалы и оборудование. Молодые проростки (один настоящий лист)

зерновых культур, выращенных в кристаллизаторе; стеклянный колокол,

стеклянная палочка.

Ход работы. За 1-2 часа до начала занятий растения накрывают стеклянным колоколом, перед занятием колокол снимают и демонстрируют капли воды, образовавшиеся на кончиках листьев в процессе гуттации.

Осторожно стеклянной палочкой капли воды стряхивают с листьев, растения вновь покрывают колоколом и ведут наблюдения за появлением новых капель воды.

Для определения влияния внешних факторов на поглотительную деятельность корней кристаллизатор можно охладить, установив его на лед или долив в питательный субстрат осмотически деятельный, но безвредный раствор

(сахароза или КNО3 в концентрациях от 0,2 до 0,5M).

и демонстрации влияния влажности воздуха на транспирацию и гуттацию необходимо иметь растения в двух кристаллизаторах. В этом случае, после встряхивания капелек воды с листьев один из них остается открытым.

36

Лабораторное занятие 6.

Определение связанной воды рефрактометрическим методом

Принцип метода. Вода в клетке бывает свободная и связанная (условно).

Связанной водой является вода, входящая в гидратационные оболочки и прочно связанная с заряженными молекулами, ионами и коллоидами.

Эти формы воды обладают различными физическими свойствами и имеют различное физиологическое значение. Свободная вода определяет активность физиологических процессов, связанная – обуславливает агрегатную устойчивость гидрофильных коллоидов, тем самым способствуя стойкости растительного организма против неблагоприятных условий внешней среды.

Связанную воду нельзя извлечь из живой клетки, поэтому она может быть определена по разности между общим содержанием воды и количеством свободной воды. Общая вода определяется путем высушивания растительного образца в сушильном шкафу при t=105°С. Свободная – осмотическим путем,

погружением растительного образца в раствор сахарозы.

Задание. Определить процентное содержание общей воды в заданном растительном материале, количество свободной и связанной воды в процентах от общей. Определение форм повести в различных вариантах заложенного опыта

– на разных фонах удобрений, на разных сортах растений и т.д.

Материалы и оборудование. Растительный материал различных вариантов опыта, два металлических и два стеклянных бюкса на каждый вариант опыта,

аналитические весы, термостат, пинцет, ланцет или ножницы, стеклянные палочки, раствор сахарозы (30%).

Работа 1. Определение общей воды.

Ход работы. Для определения общего содержания воды в растительном объекте необходимо мелко посеченный материал поместить в предварительно взвешенный на аналитических весах сухой бюкс и отвесить необходимое количество3-5грамм.

37

Отвешенный материал помещается в сушильный шкаф при 105 °С .

Высушивание образца ведется до получения постоянного веса бюкса с навеской.

Постоянный вес устанавливается контрольными взвешиваниями, при которых должны совпасть не менее, чем два последних взвешивания, произведенные с интервалом в 30 минут.

Процентное содержание общей воды вычисляют по формуле:

А=М – 100 М2,

М1

где

А – относительное содержание общей воды в исследуемом материале,

М – 100% (исходный вес навески в относительном выражении);

М1 – первоначальный вес сырой массы исследуемого материала;

М2 - вес сухой массы исследуемого материала после высушивания.

Работа 2. Определение содержания свободной воды рефрактометрическим методом.

Ход работы. Для определения свободной воды на аналитических весах отвешивается навеска измельченных растений (0,5г). Переносится в бюкс,

предварительно взвешенный на аналитических весах, и взвешиваются еще раз.

После взвешивания в бюкс добавить пипеткой Мора 4 мл 30% раствора сахарозы и в третий раз взвесить на аналитических весах. После этого содержание тщательно взболтать и оставить на 1-1,5 ч.

По данным взвешивания подсчитать массу взятой растертой пробы (Р) и

массу исходного раствора сахарозы (В).

Пользуясь рефрактометром, определить концентрацию сахарозы в исходном растворе, а через 1-1,5 ч. в растворе, взятом из бюкса, после настаивания с растительным образцом.

Расчет содержания свободной воды (У) проводится

Р – масса сахарозы, взятая для настаивания исследуемого материала, г;

38

В1 – процентное содержание сахарозы в исходном растворе;

В2 – процентное содержание сахарозы в растворе после настаивания исследуемого материала.

Работа 3. Определение содержания связанной воды.

Ход работы. Определение содержания связанной воды в исследуемом растительном материале проводится по разности между количеством общей воды в абсолютном выражении для навески, подвергавшейся настою с сахарозой, рассчитывается по

а – содержание общей воды в абсолютном выражении в навеске, взятой для настаивания с сахарозой;

А – содержание общей воды, определяемое после высушивания растительного материала в сушильном шкафу, % ;

m – масса навески, взятой для настаивания с сахарозой (0,5 г).

Зная содержание общей воды а и свободной У, по разности находим количество связанной воды Х.

Х = а – у.

При расчете процентного отношения свободной и связанной воды от общей используют формулу:

у%=у 100а или Х%=Х 100а

39

Лабораторное задание 7.

Углеродное питание растений. Пигменты листа

Растительные пигменты, общий термин, используемый для обозначения большого количества окрашенных молекул, могут быть классифицированы на тетрапирролы (например, хлорофилл) и

каротиноиды (например, β-каротин и ксантофилл). Из пигментов каротиноиды представляют собой жирорастворимые (липофильные)

природные пигменты, которые синтезируются растениями и некоторыми микробами. Эти пигменты не только играют ключевую роль в фотосинтезе,

но также отвечают за яркие цвета различных растений, фруктов, цветов и овощей.

К пигментам листа относят: 1) хлорофиллы; 2) каротиноиды; 3)

фикобилины; 4) антоцианы. Наиболее важными из пигментов являются зеленые хлорофиллы а и б (у высших растений).

Хлорофилл – это сложный эфир хлорофилловой кислоты и двух спиртов метилового и фитола.

Хлорофилловая кислота – это Mg – производное порфирина, соединения,

состоящего из четырех колец пиррола, связанных друг с другом метиновыми мостиками (_СН=) и добавочного циклопентанового кольца.

Наличием конъюгированной по кругу системы двойных связей, а также присутствием Mg объясняется характерная для хлорофилла зеленая окраска.

Значительное число активных химических групп в молекуле хлорофилла обусловливает высокую реакционную способность зеленых пигментов.

Магний не меняет валентности, но молекула хлорофилла принимает участие в реакциях окисления – восстановления за счет миграции двойных связей и превращения азота пиррольных колец в анион и катион.

Все растения, разлагающие воду в процессе фотосинтеза имеют два хлорофилла, у высших растений – это хлорофиллы а и б.

40