Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методические указания к лабораторным работам по физиологии растений.pdf
41
2,2 - количество мг, эквивалентно 1 мл 0,1 HCl;
р - масса пробы, г;
t - продолжительность опыта, ч.
Сделать вывод об интенсивности дыхания различных образцов.
Работа 2. Определение дыхательного коэффициента.
Задание. На примере масличных семян познакомиться с
методом определения дыхательного коэффициента.
Материалы и методы. Прибор для определения ДК, состоящий
из пробирки (18-20см), закрытой резиновой пробкой со вставленной
микропипеткой, или стеклянной трубочкой 35-40 см, наклюнувшихся
семян подсолнечника, полоски фильтровальной, бумаги (1x5см),
смоченной 20 % раствором NаОН, пинцет, линейка. Принцип метода.
Дыхательным коэффициентом называется отношение объемов
выделенной, при дыхании углекислоты к поглощенному кислороду:
ДК=
Величина дыхательного коэффициента зависит от окисляемого
материала и типа дыхания (аэробное или анаэробное). Если материал
беден кислородом (жиры, белки), то дыхательный коэффициент
меньше единицы. При дыхании за счет, окисленных соединений
(органических кислот) ДК больше единицы, при дыхании за cчет
углеводов ДК будет равен 1. Например,
C6H1206 +6O2=6СО2+6H2О
Для определения величины ДК исследуемый материал
помещают пробирку, соединенную с градуированной трубкой, в
которую введена капля воды или масла. Если объемы обмениваемых
при дыхании газов равны, то капля в трубке передвигаться не будет.
Если же величина ДК меньше или больше единицы, то будет
наблюдаться перемещение жидкости в трубке, соответствующее
разности между объемами поглощенного О2 и выделенного СО2.
Затем с тем же материалом проводят второй опыт, введя в
пробирку крепкий раствор щелочи для поглощения, выделяемого при
дыхании СО2. Наблюдающееся при этом передвижение капли в
трубке соответствует объему поглощенного материалом кислорода.
Ход работы. Поместить пробирку (примерно до половины)
проросшие семена подсолнечника или другой масличной культуры,
закрыть ее пробкой, в которую вставлена градуированная трубка.
Ввести в трубку каплю воды или любого жидкого масла (для этого
погрузить наружный конец трубки на несколько секунд в воду или
масло и подвигать пробкой). Когда капля оторвется от края трубки,
42
отметить положение внутреннего мениска капли, засечь время по
часам и после пятиминутной экспозиции сделать второй отсчет, а еще
через 5 минут - третий. Вычислить среднее расстояние, пройденное,
каплей за 5 минут (А), которое соответствует разности между
объемами поглощенного кислорода и выделенной углекислоты.
Вынуть пробку из пробирки с семенами, проветрить пробирку и
вложить пинцетом в верхнюю часть пробирки кусочек
фильтровальной бумаги смоченной крепким раствором щелочи.
Закрыть пробирку и вновь ввести в трубку каплю. Отметить
положение мениска капли, определить передвижение капли за два
пятиминутных интервала и вычислить среднюю величину (B).
Обозначить объем выделенной углекислоты СО2, а объем
поглощенного кислорода через О2. Зная величину А и В, находим,
дыхательный коэффициент:
A=O2 – CO2 B=O2, B – A = CO2
отсюда ДК =
=
По полученной величине ДК сделайте вывод о типе
окисляемого, в процессе дыхания материала.
43
Лабораторное занятие 9.
Физиологическая роль корня в поглощении веществ
Одной из важнейших характеристик состояния корневой
системы является ее масса и поглощающая поверхность. Поэтому
бывает необходимым определить, как общую, так и рабочую
поверхность корня.
В основе метода Н.Н. Колосова и Д.А. Сабинина лежат
современные представления о механизме поглощения веществ
корнем. Первым этапом поглощения элементов минерального
питания по Д.А. Сабинину является полярная адсорбция ионов на
поверхности корневой системы. Она сопровождается эквивалентным
обменом их на другие ионы, главным образом H+ и HCO
3
-
При допущении того, что адсорбированные ионы располагаются
на поверхности корня в один слой, можно определить величину
площади, которой они связаны. Для этого нужно знать количество
адсорбированного вещества и площадь, которую занимает 1 мг
данного вещества при распределении его мономолекулярным слоем.
В качестве легко адсорбируемого вещества берется краситель
метиленовая синяя.
Количество поглощенной корнем метиленовой синей можно
определить по изменению ее концентрации в опытном растворе: 1 мг
метиленовой синей, располагаясь мономолекулярным слоем,
занимает площадь 1,1 м2. По количеству метиленовой синей,
поглощенной в строго определенное время (3 мин) определяется
общая адсорбирующая поверхность корня. Количество ионов
красителя, адсорбируемых корнем после десорбционного насыщения
клеток, характеризует рабочую деятельность или активную
адсорбирующую поверхность корня. Разность между общей и
рабочей адсорбирующей поверхностями определяет недеятельную
поверхность. Отношение рабочей адсорбирующей поверхности к
кубическому сантиметру объема живого корня называется удельной
адсорбирующей поверхность.
Работа 1. Определение общей рабочей и удельной поверхности
корней растений по Н.Н. Колосову и Д.А. Сабинину.
Задание. Опытным путем у разновозрастных растений
определить общую рабочую поверхность и установить удельный
коэффициент их активности.
44
Материалы и оборудование. Растения с неповрежденной
корневой системой, раствор 0,0002 метиленовой синей,
градуированная пипетка на 10 мл, четыре мерные колбы на 50 мл,
фотоэлектроколориметр, ножницы, шпагат, фильтровальная бумага.
Ход работы. а) В три стакана объемом по 100 мл налить по 50
мл исходного раствора метиленовой синей (в10 раз больше объема
корней). Взять 10 проростков растений, тщательно промыть корни
водой, осторожно обсушить фильтровальной бумагой и погрузить
последовательно в каждый стакан с метиленовой синей на 90с.
Растворы необходимо перемешивать, осторожно поворачивая
корни.
После этого определить концентрацию метиленовой синей во
всех трех стаканах, предварительно разбавив ее в 5 раз.
б) Построение калибровочной кривой. Приготовить из
исходного раствора метиленовой синей (64 мг\л) серию растворов с
убывающей концентрацией в мерных колбочках на 50 мл по
расчетным данным табл.8.
Таблица 8
Приготовление шкалы различны концентраций метиленовой синей
для калибровочной кривой
Концентрация
метиленовой синей,
мг/л
Для приготовления 50 мл раствора
необходимо взять
Исходного раствора
метиленовой синей
(64 мгл)
Воды (добавить до
отметки)
12,8
10,0
40,0
11,2
8,75
41,25
9,8
7,50
42,50
8,0
6,25
43,75
6,4
5,00
45,00
Полученные результаты оптической плотности (при красном
сфетофильтре) для каждой концентрации переносят на ось ординат
графика. По оси абсцисс откладываются показатели концентраций
шкалы метиленовой синей.
В местах пересечения прямых взаимно перпендикулярных
линий от ординаты (показателя ФЭКа) и от абсциссы
(соответствующих концентраций МС) ставят точки. Для получения
45
калибровочной кривой точки на графике соединяются отрезками
прямых линий.
Определение процентного содержания красителя на ФЭК.
Для каждого из трех стаканчиков раствора после погружения
растений найти величину оптической плотности на ФЭКе.
Компенсирующей жидкостью (контролем) в этих определениях
служит растворитель (вода). Измерения оптической плотности
проводят при красном светофильтре в кюветах толщиной 5 мм.
Измерения следует повторить несколько раз, подводя стрелку
гальванометра к нулю то слева, то справа. Из полученных отсчетов
вычисляют среднеарифметическое значение оптической плотности.
Определив на приборе оптическую плотность исследуемого
раствора, находят по калибровочной кривой соответствующую
концентрацию. Для этого из отмеченной на оси ординат
экспериментально полученной точки проводят прямую линию,
параллельную оси абсцисс, до ее пересечения с калибровочной
кривой. Из точки пересечения опускают перпендикуляр на абсциссу.
Точка пересечения перпендикуляра с абсциссой характеризует
концентрацию исследуемого раствора.
в) Расчеты различных поверхностей корневой системы Д.А.
Сабининым и И.И. Колосовым эмпирически было установлено, что
при поглощении корнями метиленовой синей из первого и второго
стаканов суммарно за три минуты происходит адсорбционное
насыщение их общей поглощающей поверхности. За последующие
1,5 минут из третьего стакана метиленовая синяя поглощается только
рабочей адсорбирующей поверхностью корней.
Зная исходную и конечную концентрации метиленовой синей,
поглощенное корневой системой растения из каждого стакана, по
Х =
где
Х – количество метиленовой синей, поглощенное корневой
системой одного растения, мг;
а – концентрация исходного раствора метиловой синей,
разбавленного в 5 раз – 12,8мг/л.
в – концентрация метиленовой синей в стакане после
погружения растений, найденная с помощью калибровочной
кривой, мгл;
V – разбавление в 5 раз;
46
W – количество раствора метиленовой синей, взятое для опыта,
в мл;
1000 – для перевода концентрации метиленовой синей, мг/мл.
Общую и рабочую адсорбирующую поверхность корней
рассчитывают по формулам:
S
общ.м2
= (х1+х2)*1,1 м2 (1)
S
раб.м2
= х3 *1,1 м2 (2)
где
х1, х2, х3 – количество метиленовой синей, поглощенной из
первого второго, и третьего стаканов.
Разница между величиной общей и рабочей поверхности корней
производится по отношению адсорбирующей рабочей поверхности
корней одного растения к их объему по формуле:
где
Q – удельная адсорбирующая поверхность,
S – адсорбирующая поверхность,
V – объем корней, см3.
Таблица 9
Данные характеристики физиологической
активности поверхности корней
Наименов
ание и
состояние
исследуем
ого
растения
Поглощение корнями
метиленовой синей, мг
из стаканов
Адсорбир
ующая
поверхнос
ть, м2
Объём
корней
одного
растени
я, см3
Удельная
рабочая
поверхнос
ть корней
1-го
2-го
3-го
1+2
S S S
47
Лабораторное занятие 10.
Физиологическое взаимодействие растений с удобрениями
В состав растения водят почти все известные элементы, однако
многие из ни не относятся к необходимым и незаменимым. Элемент
считается необходимым, если: 1) его отсутствие исключает
нормальный жизненный цикл растений; 2) недостаток элемента
вызывает специфические нарушения жизнедеятельности растения,
предотвращаемые или устраняемые внесением этого элемента; 3)
элемент непосредственно участвует в процессах превращения
веществ и энергии.
К необходимым для высших зеленых растений элементам
(кроме углерода, водорода и азота) относятся макроэлементы – азот,
фосфор, сера, калий, магний; микроэлементы – железо, марганец,
медь, цинк, бор, молибден, кобальт.
Макро и микроэлементы растения поглощают с помощью
корней из почвенного раствора в виде соответствующих ионов, а
другие в виде анионов.
Работа 1. Определение физиологической кислотности и
щелочности солей.
Задание. Система «растение – соль – среда» определяет
потребность и поглощение растительным организмом элементов
питания на каждом этапе его развития. Характеризуя ту или иную
соль в выводах необходимо обосновать поглощение элементов
питания соответствующим растением на конкретной фазе роста.
Материалы и оборудование: Проростки растений с хорошо
развитой корневой системой (кукуруза, пшеница, горох и другие),
выбор солей неорганических веществ, входящих в питательную
смесь, стаканы химические, прибор рН-метр, весы, фильтровальная
бумага.
Принцип метода. Метод основан на учете изменения рН водного
или почвенного раствора за счет непоглощенных растением ионов
солей.
Ход работы. Приготавливаются по 100 мл растворов каждой
соли 0,5 % концентрации. Растворы переносятся в химические
стаканы.
В отдельный стакан наливается 100 мл дистиллированной воды
(контроль).
48
Перед посадкой растений определяется величина рН каждого
раствора, в том числе и воды.
В каждый стакан высаживается по 20-25 растений в фазе 2-3
настоящих листьев.
Корни растений перед посадкой тщательно отмывают и
просушивают фильтровальной бумагой.
Через 1-2 часа экспозиции производится повторное определение
рН растворов и воды.
Обработка результатов опыта.
Установленные значения рН солевых растворов и воды до и
после опыта заносятся в таб. 10, по которой определяется
физиологическая характеристика каждой соли.
Таблица 10
Физиологическая характеристика солей по смещению
рН питательного раствора
Сол
и
рН
растворов
Смещени
е рН
растворо
в с
учетом
поправки
(+/-)
Движение ионов
Физиологическ
ая
характеристика
соли по остатку
ионов в
растворе
До
опыт
а
Посл
е
опыт
а
Поглощен
о
растением
Осталос
ь в
раствор
е
1. После заполнения 2 и 3 колонок таблицы определяется
поправка по смещению рН в стакане с водой. Полученная прямым
расчетом разность характеризует изменение рН за счет корневых
выделений растением. Это должно учитываться при определении
истинной величины сдвига рН в каждом растворе соответствующей
соли.
2. Истинная величина рН солового раствора (х) рассчитывается
по формуле:
Х = (Н2 – Н1)- (±P),
где
Н1 – исходная величина рН раствора соли
Н2 – величина рН раствора соли после опыта
±P – величина поправки, определенная по смещению рН в
стакане с водой с соответствующим знаком.
49
3. Смещение рН позволяет определить качественное изменение
ионного состава в солевом растворе и заполнить 5 и 6 колонки
таблицы.
4. Физиологическая характеристика соли определяется по
остаточному ионному составу в солевом растворе.
Так, если соли NaNO3 и NH4Cl химически нейтральные, то с
физиологической стороны первая щелочная, а вторая – физически
кислая.
Дело в том, что в процессе питания растения в большем
количестве поглощают из раствора NаNO3 анион NO
3
-
, а катион Nа+,
накапливаясь в растворе, подщелачивают его. Из раствора NH4Cl
растения выбирают катион NH
4
+
, а анион Cl-, оставаясь в растворе,
подкисляя его.
Работа 2. Составление физиологически нейтральной
питательной смеси.
Задание. Характеристика физиологического отношения
растений к минеральным питательным веществам имеют большое
практическое значение при составлении схемы удобрения
сельскохозяйственных культур.
Применение отдельных солей с учетом их характеристик и
кислотности почвы обеспечивает высокий коэффициент
использования удобрений и повышение продуктивности растений.
На основе контрольного индивидуального задания (культура,
фаза роста, рН и обеспеченность почвы элементами питания)
составить необходимые элементы по Кноппу.
Домашнее задание. Получив индивидуальное задание на
предыдущем занятии, студент должен подобрать необходимые
данные по литературным источникам, характеризующие потребность
растений в элементах питания на определенной фазе развития.
Зная условия произрастания и физиологическую характеристику
солей, составить питательную смесь, отвечающую нормальному
произрастанию конкретной культуры.
50
Лабораторное занятие 11.
Устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней
среды
Устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней
среды в агрономическом аспекте характеризуется тем, насколько
изменяется продуктивность растений под влиянием этих условий по
сравнению с продуктивностью их на оптимальном фоне. Оценка
устойчивости растений к экстремальным факторам (холоду, морозу,
засухе, жаре, засоленности) важна для селекционной и
агрономической практики.
Работа 1. Определение жаростойкости растений по Ф.Ф.
Мацкову
Задание. Определить жаростойкость различных растений.
Материалы и оборудование:
0,2 HCl, водяная баня, пробирки, чашки Петри, штатив, клей,
держатель для пробирок.
На ход отдельных физиологических процессов, совершающихся
в растениях, наряду с другими высшими условиями влияет
температура.
Наиболее энергично идут процессы при оптимальной для
данного растения температуре. При повышении температуры до
максимальной наблюдается сначала резкое снижение интенсивности
процессов, а затем и их прекращение.
Таким образом, при повышении температуры выше
оптимальной в растениях происходят патологические изменения,
нарушающие согласованность биохимических процессов клетки и
приводящие к возникновению ядовитых веществ типа токсинов,
отравляющих протоплазму.
При дальнейшем повышении температуры к этому
отравляющему фактору присоединяется и свертывание протоплазмы,
в результате чего наступает отмирание клеток.
Различные растения отличаются разной степенью выносливости
к высоким температурам. Из высших растений наиболее
устойчивыми являются суккуленты, имеющие высокую вязкость
протоплазмы и большой процент связанной воды. Установлено, что
растения ксерофитного типа оказываются более жароустойчивыми,
чем мезофиты.