Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методические указания к лабораторным работам по физиологии растений.pdf
1
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Чеченский государственный университет»
Биолого-химический факультет
ИРИСХАНОВА З.И., ЭРЖАПОВА Р.С., МОЛОЧАЕВА Л.Г.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К
ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО
ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ
Грозный, 2019
2
Печатается по решению Ученого совета
ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет»
протокол № 9 от 27.12.2018 г.
Авторы:
З.И. Ирисханова,
кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники, зоологии
и биоэкологии
ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет»
Р.С. Эржапова,
кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники, зоологии
и биоэкологии
ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет»
Л.Г. Молочаева,
кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники, зоологии
и биоэкологии
ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет»
Рецензенты:
С.С. Абумуслимов,
кандидат биологических наук, доцент кафедры физиология и
анатомия человека и животных,
ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет»
А.А. Атаева,
кандидат биологических наук, доцент кафедры «Общая химия»
ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет»
Ирисханова З.И., Эржапова Р.С., Молочаева Л.Г. Методические
указания к лабораторным работам по физиологии растений. – Грозный: ФГБОУ
ВО «Чеченский государственный университет», 2019. – 56с.
В настоящих методических указаниях 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.
© З.И. Ирисханова, Р.С. Эржапова, Л.Г. Молочаева, 2019
© ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет», 2019
3
Оглавление
Введение ................................................................................................... 4
Лабораторное занятие 1........................................................................... 6
Осмотические свойства растительной клетки .................................... 6
Лабораторное занятие 2......................................................................... 10
Определение изоэлектрической точки растительных тканей .......... 10
Лабораторное занятие 3......................................................................... 13
Общие свойства ферментов на примере амилазы ............................ 13
Лабораторное занятие 4......................................................................... 18
Ферменты класса оксидоредуктаз ..................................................... 18
Лабораторное занятие 5......................................................................... 24
Механизм поглощения, передвижения и выделения воды
растениями .......................................................................................... 24
Лабораторное занятие 6......................................................................... 30
Определение связанной воды рефрактометрическим методом ....... 30
Лабораторное задание 7. ....................................................................... 33
Углеродное питание растений. Пигменты листа .............................. 33
Лабораторное занятие 8......................................................................... 38
Дыхание растений ............................................................................... 38
Лабораторное занятие 9......................................................................... 43
Физиологическая роль корня в поглощении веществ ...................... 43
Лабораторное занятие 10....................................................................... 47
Физиологическое взаимодействие растений с удобрениями ........... 47
Лабораторное занятие 11....................................................................... 50
Устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней
среды ................................................................................................ .... 50
Контрольные вопросы по физиологии растений ................................. 53
Литература ............................................................................................. 54
4
Введение
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.
Обязанности студента:
1. Являться на занятия вовремя (опоздавший к занятиям не
допускается).
2. В случае пропуска занятия по уважительной причине
отработать в ближайшее время.
3. Быть теоретически подготовленным.
4. При выполнении лабораторных занятий быть в халате.
5. Во время занятий соблюдать чистоту на рабочих местах и в
лаборатории, а также определенный порядок в выполнении заданий.
6. Бережно относиться к имуществу кафедры.
Запрещается:
1. Входить в лабораторию в верней одежде.
2. Переносить с места на место приборы, реактивы, посуду и
другое оборудование.
3. Загромождать рабочие столы, стулья, приборы и проходы
посторонними предметами.
4. Сорить и курить в лабораториях.
5. Шуметь, бегать, делать резкие движения.
6. Трогать, вскрывать, включать и перемещать оборудование,
приборы, реактивы и другие предметы, не имеющие отношения к
выполняемым работам.
Правила по технике безопасности для студентов, работающих в
лабораториях.
1. При работе с химическими веществами нельзя пробовать и на
вкус, на ощупь и нюхать.
2. Запрещается производить опыты в грязной посуде.
3. При переливании кислот и щелочей нельзя близко
наклоняться к посуде во избежание попадания брызг на лицо, руки и
другие участки тела.
5
4. Нагревать вязкие жидкости или жидкости с осадком надо
осторожно, т.к. они могут быть выброшены из сосуда.
5. Пробирки с жидкостью при нагревании следует держать
наклонно, в сторону от себя и соседей.
6. Категорически запрещается нагревать воду и растворы в
закрытых сосудах.
7. Нельзя выливать в раковину крепкие кислоты, щелочи,
металлическую ртуть.
8. Нельзя набирать кислоты и другие вредные реактивы в
пипетку ртом, в этом случае следует пользоваться грушей или
мерным цилиндром в вытяжном шкафу.
9. Нельзя выпаривать на лабораторных столах растворы,
выделяющие вредные газы.
10. Все опыты с концентрированными кислотами, щелочами и
газообразными веществами производить под тягой.
11. Запрещается отгонять эфир, спирт и другие
воспламеняющиеся вещества на открытом огне. Нельзя работать с
огнеопасными веществами в одиночку.
12. Запрещается оставлять без присмотра электроприборы.
13.Запрещается хранить горючие жидкости, концентрированные
кислоты, щелочи и другие токсические вещества в тонкостенной
посуде.
14. Категорически запрещается пользоваться лабораторной
посудой для еды и питья.
15. При попадании на кожу крепкой щелочи ее необходимо
смыть водой, а затем слабым раствором уксусной кислоты.
16.Если на кожу попала крепкая кислота, ее необходимо смыть
водой, а потом слабым раствором соды или аммиака.
17.При сильных ожогах кожу смочить крепким раствором
перманганата калия.
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.
Диффузия молекул воды (растворителя) через
полупроницаемую перегородку в сторону раствора большей
концентрации называется осмосом.
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.
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).
Осмотическое давление, развиваемое водным раствором какоголибо вещества, отделенным от воды полупроницаемой перепонкой,
пропорционально количеству вещества, содержащегося в единице
объема растворителя (концентрации).
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
7
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, сосущая сила равна сумме осмотического и тургорного
давления, т.к. последнее будет с противоположным знаком:
S= Р - (-T) = Р + Т.
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).
8
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
На поверхности раздела растворов двух веществ образуется
мономолекулярная полупроницаемая "осадочная" пленка из
железистосинеродистой меди по реакции:
К4Fe(CN)
6
+ CuSO4 Cu2Fe(CN)6 + К2SO
4
Работа 2. Определение осмотического давления клеточного сока
методом плазмолиза.
Задание. Рассчитать величину осмотического давления
клеточного сока растительной клетки. Зарисовать клетки с различной
степенью плазмолиза и в тургорном состоянии.
Материалы и оборудование. Лук, микроскоп, ланцет,
предметное стекло, семь бюксов, градуированная пипетка на 10 мл,
часы, фильтровальная бумага, 1M NaCl.
Ход работы. 18-20 микроскопических с срезов морфологически
нижней стороны эпидермиса лука окрашиваются в течение 5 мин
краской нейтральрот. Срезы промывают и помещают в
дистиллированную воду. Одновременно готовят растворы NaCl
различной концентрации (табл. 1) путем смешивание 1М раствора
соли с водой.
Растворы готовят в бюксах с этикеткой, соответствующей
заданной концентрации. В каждый раствор, начиная с самой высокой
концентрации и заканчивая водой, через каждые 5 минут погружают
по 3 препарата, предварительно поверхностно просушенные
фильтровальной бумагой от капель воды.
После 30-минутной экспозиции срезы с каплей раствора
переносят на предметное стекло и просматривают под микроскопом.
Путем микроскопирования устанавливают состояние протопласта в
каждом конкретном растворе и результаты записывают в таблицу.
Влияние концентрации внешнего раствора на степень плазмолиза
протопласта
Таблица 1.
Концент
рации
Для приготовления 10
мл раствора требуется
Состояние протопласта степень плаз-молиза:
сильный, средний, начальный, нет
плазмолиза, тургор/. Рисунок
H2O, мл
NaCl, мл
0,5 5 5
0,4 6 4
0,3 7 3
9
0,2 8 2
0,1 9 1
H2O
10
–
По данным таблицы 1 определяют концентрацию NaCl, равную
/изотоническую/ концентрации клеточного сока. Изотоническая
конценетрация NaCl находится в пределах, между концентрацией,
вызывающей начальную степень плазмолиза /отставание протопласта
от клеточной оболочки по уголкам клетки/, и концентрацией, при
которой отсутствует плазмолиз.
Величина изотонической концентрации NaCl подставляется в
формулу, по которой рассчитывается осмотическое давление
клеточного сока:
P = C * T * R * i
где
P искомое осмотическое давление, атм ;
R газовая постоянная /0,0821 л атм/моль/;
T абсолютная температура /273° + комнатная t C;
i изотонический коэффициент, характеризующий степень
диссоциации растворенного вещества.
Таблица 2
Степень диссоциации раствора NaCl
Концентрация раствора, М
1,0
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
Изотонический
коэффициент
1,62
1,64
1,66
1,68
1,70
1,73
1,75
1,78
1,83
1,93
10
Лабораторное занятие 2.
Определение изоэлектрической точки растительных тканей
Аминокислоты и белки цитоплазмы являются амфотерными
веществами. Они содержат и основную аминную, и кислую
карбоксильную группы.
Чем выше концентрация водородных ионов в среде, тем более
подавлена кислотная диссоциация и белок приобретает больший
положительный заряд.
Чем больше концентрация гидроксильных ионов, тем в большей
степени подавлена основная диссоциация, и белок приобретает
больший отрицательный заряд.
Количество положительных и отрицательных зарядов
уравновешивается. Значение pH среды, при котором в молекуле белка
наблюдается равенство положительных и отрицательных зарядов, т.
е. она становится электронейтральной, называется изоэлектрической
точкой (ИЭТ). Каждый амфолит имеет свою величину ИЭТ. У белков
и аминокислот она зависит от количества свободных кислот
(карбоксильных) и основных (аминных) групп.
Когда амфолит диссоциирует как основание (в средах с рН ниже
ИЭТ), своим положительным зарядом он будет связывать анионы.
Если амфолит диссоциирует как кислота (в средах выше ИЭТ), его
отрицательный заряд связывает катионы. Для определения
изоэлектрической точки растительной ткани применяют кислый
краситель эозин, у которого розовой окраской обладает анион, и
основной краситель метиленовую синюю, цвет которого обусловлен
катионом.
При окрашивании белков тканей этими красками и погружении
их среды, pH которых ниже ИЭТ, белки, связывая преимущественно
анионы эозина, будут иметь розовую окраску. В среде, где pH выше
ИЭТ белки, удерживая катионы метиленовой синей, окажутся
окрашенными в синий цвет. В среде с рН, равным ИЭТ, окраска
белков будет промежуточной между розовой и синей - фиолетовой,
так как в этом случае количество отрицательных и положительных
зарядов у белков одинаково.
В цитоплазме клеток разных тканей находится смесь белков,
поэтому переходная зона будет соответствовать более или менее
широкому интервалу рН.