Фізіологія та біохімія рослин

Для студентів Інституту природознавства

3 курс, денна форма навчання

Галузь знань: 0401. Природничі науки, напрям підготовки: 6.040102. Біологія*

2012-2013 н.р.

МОДУЛЬ «ФОТОСИНТЕЗ І ДИХАННЯ РОСЛИН»

Підсумкова тека

Питання, винесені на колоквіум (частина 1):

1. Поняття про фотосинтез, хемосинтез і фоторедукцію.

2. Масштаби процессу фотосинтеза в природі, його космічна та планетотвірна роль.

3. Значення робіт К.А. Тімірязєва, М.С. Цвєта, М. Ненцького, Р. Вільштетера, Г. Фішера, Р. Вудварта з дослідження фотосинтезу.

4. Будова листка як органа фотосинтезу.

5. Роль хлоропластів в процесі фотосинтезу. Хімічний склад хлоропластів, їх структура та ультраструктура. Гіпотеза про походження хлоропластів.

6. Хлорофіл: будова, хімічний склад, умови утворення хлорофілу. Фізичні та зхімічні властивості хлорофілу.

7. Каротиноїди, фікобіліни, їх фізичні, хімічні, оптичні властивості, будова, фізіологічна роль в рослині. Непластидні пігменти.

8. Вплив зовнішніх умоів на утворення хлорофілу та жовтих пігментів.

9. Фотофізичний етап процесса фотосинтеза. Поняття про пігментні системи та реакційні центри.

10. Фотохімічний етап фотосинтеза. Роботи Д. Арнона. Фотофосфорилювання.

11. Темнова фаза фотосинтезу. Дослідження М. Кальвіна. Цикл Кальвіна.

12. С-4 шлях фотосинтезу. Праці М.Д. Хетча, С.Р. Слека, Ю.С. Карпілова з цього питання. Цикл Хетча-Слека.

13. Порівняння процесу фотосинтезу рослин, що йде по шляху С3 та по шляху С4.

14. Методи обліку фотосинтезу. Одиниці вимірювання.

15. Залежність процесу фотосинтезу від інтенсивності світла, концентрації вуглекислого газу та манерального живлення.

16. Залежність процесу фотосинтезу від температури, водного режиму, забруднення атмосфери шкідливими газами.

17. Рух органічних речовин по рослині. Внутрішньоклітинний, міжклітинний та дальній флоемний транспорт пластичних речовин.

Перелік основної літератури для самопідготовки:

1. Мусієнко М.М. Фізіологія рослин. – К.: Вища школа, 1995. – 503 с.

2. Мусієнко М.М. Фізіологія рослин. – К.: Фітосоціоцентр, 2001. – 392 с.

3. Брайон О.В, та ін. Фізіологія рослин. Практикум. К.: Вища школа, 1995.

4. Иванов В.П. и др.. Практикум по физиологии растений. – М.: АКАДЕМ, 2001.

5. Куперман Ф.М. Морфофизиология растений. – М.: Высшая школа, 1997. – 287 с.

6. Полевой В.В., Саламатова Т.С. Физиология роста и развития растений. – Л.: Изда тельство ЛГУ, 1991. – 238 с.

7. Полевой В.В. Физиология растений. – М.: Высшая школа, 1989. – 464 с.

8. Якушкина Н.И. Физиология растений. – М.: Просвещение, 1993. – 351 с.

ДИХАННЯ РОСЛИН

Тема. Визначення дихального коефіцієнту (ДК) у різних рослин .

МЕТА: Оволодіти методикою визначення дихального ^:коефіцієнту та прослідкувати за різницею у його величини в залежності від характера дихального субстрату.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що таке дихання рослин?

2. Назвати кількісні показники дихання?

3. Що таке дихальний коефіцієнт?

4. Від яких факторів залежить значення дихального коефіцієнту?

5. Чому вищі рослини не можуть тривалий час підтримувати своє життя в анаеробних умовах, хоча й не гинуть відразу при дефіциті О₂?

Завдання 1.Визначити дихальний коефіцієнт (ДК) у різних груп сільськогосподарських культур.

Дихальний коефіцієнт – це відношення об'єму виділеного при дихаиі С0₂ до об'єму поглиненого О₂. ДК залежить від дихального субстрату, тобто від тієї речовини, що окислюється. При окислені вуглеводів ДК дорівнює 1. При окислені жирів поглинаєтся більше кисню, ніж при окислені білків. При окислені органічних кислот ДК більше 1.

Об'єкт: проросленасіння пшениці, гороху та соняшника.

Матеріали та обладнання;прилад для визначення ДК (закріплена на металевому штативі біологічна пробірка з гумовою пробкою, через яку пропущена скляна трубка), пінцет, фільтрувальний папір, ножиці, смуга міліметрового паперу, піпетки, 20%-розчин КОН, розчин фуксину, гумова груша, олівець або стеклограф, пластилін.

Хід роботи

В біологічну пробірку до половини насипають проросле насіння, щільно закривають пробкою з газовідводною трубкою з поділами або прикріпленою смужкою міліметрового паперу. В трубку заздалегідь вносять невелику краплю розчину, зафарбовану фуксином. Відмічають нижній меніск краплі, коли вона почне рухатися (стеклографом на трубці або олівцем – на смузі міліметрового паперу). Через 5 хв. відмічають різницювідстані, яку пройшла крапля (в міліметрах). Це відповідає різниці поглинутого кисню і виділеного СО₂(коефіцієнт А). Тепер обережно відкривають пробірку над пророслим насінням, кладуть кільце фільтрувального паперу, змоченого розчином їдкого калію. Пробірку знову закривають і повторюють дослід. Другий показник відстані, пройденої краплиною за 5 хв. (коефіцієнт В) – це об'єм поглинутого кисню, оскільки СО₂ з'єднався з лугом. Об'єм СО₂ дорівнює різниці між В та А ( СО₂ = В - А).

Дослід повторюють з пророслим насінням кожної культури, вимірювання роблять в двох повторностях. Отримані результати записують в таблицю.

Об’єкт	Відстань, що пройдена краплею за 5 хв	Величина ДК (В – А)/В = V (СО₂) / V (О₂)
Без лугу (А)	З лугом (В)
		середнє	середнє

Висновки:

Дата захисту_____________ Підпис викладача __________________________

Тема. ФЕРМЕНТИ РОСЛИН

МЕТА: Виявити спрямованність дії ферментів при проростанні насіння і вплив зовнішніх умов на активність ферментів.

ЛІТЕРАТУРА;Викторов Д.П., робота 48

Лебедєв С.І., С. 31 – 42.

Мусієнко М.М., С. 33 – 36.

Проценко Д.П., С. 16 – 25, 30 – 32, 96 – 146.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ:

І. Що собою являють ферменти?

2. Дати класифікацію ферментів.

3. Роль ферментів у рослинному організмі.

4. Вплив зовнішніх та внутрішніх умов на активність ферментів.

5. Спрямованість дії ферментів в онтогенезі рослин.

Завдання 1.Визначення наявність ферменту амілази у проростаючому насінні.

Ферменти (ензими) - спеціалізовані каталізатори рослин, за допомогою яких відбувається більшість біохімичних реакцій. Ферменти не витрачаються під час перетворення речовин. В клітині одночасно ідуть процеси синтезу і гідролізу. Ферменти, які за участю води розчиняють складні органічні речовини на більш прості, об'єднуються в групу гідролаз. До гідролаз відноситься амілаза (діастаза), яка розчиняє крохмаль на декстрини і мальтозу. При проростанні насіння синтезується амілаза.

Об’єкт:проросле насіння гороху, квасолі, пшениці, сухе насіння гороху, квасолі, пшениці.

Матеріали та обладнання:агар-крохмальні пластинки в чашках Петрі або густий крохмальний клейстер, залитий в чашки Петрі шаром близько 5 мм завтовшки, і охолоджений, свіжий розчин І в КІ, препарувальне скло, ланцети або леза, препарувальні голки, пінцети.

Хід роботи:

Пророщене насіння, як і сухе насіння, розрізають вздовж, змочують водою. Розрізаною поверхнею щільно кладуть на агар-крохмальну пластнику (на крохмальний клейстер) у чашку Петрі. Через 30-40 хвилин пінцетом знімають насіння, а пластинку заливають слабким розчином І в КІ. Ті місця,де лежало проросле насіння, не фарбується. Результати досліду замалювати.

Висновки:

Завдання 2. Одержати шкалу гідролізу крохмалю.

Крохмаль відноситься до поліцукрів, він не розчиняється у гарячій воді. Під дією фермента амілази крохмаль гідролізується до глюкози та фруктози через ряд проміжних продуктів – декстринів, які фарбуються йодом у різний колір: крохмаль у синій, амілодекстрин у фіолетовий, еритродекстрин у оранжевий, глюкоза та мальтоза йодом не фарбується.

Об'єкт:проросле насіння ячменю (солодовий витяг).

Матеріали та обладнання: солодовий витяг, розчин І в КІ, розчин крохмалю (1%), пробірки та штативи до них, вимірювальні циліндри на 10 мл, скляні вимірювальні піпетки з позначками (3 шт.), спиртівки, сірники, затискачі для пробірок (пробіркотримачі), водяна баня, нагріта до 60ºС.

Хід роботи:

У штатив ставлять 3 рядки по 8 пробірок з одинаковою кількістю води, куди додають по 3-4 краплини розчину І в КІ та перемішують.

У вільні три пробірки наливають по 2 мл солоду (настій підсушеного пророслого насіння ячменю).

У першу і другу пробірки додають по 5 мл розчину крохмалю, перемішують і залишають: першу при кімнатній температурі; другу на водяній бані при t 60°С. Третю пробірку (із солодом) кип'ятять на спиртівці, охолоджують, додають крохмаль і ставлять на водяну баню при t 60°С.

Через певний інтервал часу (що вказаний в таблиці) скляними піпетками відбирають проби з кожної пробірки з сумішшю крохмалю та солоду і вносять їх у відповідні пробірки з розчином І в КІ. Відзначають колір суміші, фіксують результат. Гідроліз крохмалю вважається завершеним, коли при черговому додаванні крохмалю в розчин І в КІ колір суміші не змінюється.

Результати досліду занести в таблицю.

Умовні позначки: "+++" - слабий гідроліз; '++" - середній гідроліз; "+" сильний гідроліз; " - " - гідроліз закінчено.

Умови досліду	Інтервал відбору проб, хв	Час гідролізу крохмалю, хв

Кімнатна температура
Температура 60°С
Температура 100 °С

Висновки:

ЗАНЯТТЯ 2.

МЕТА: Виявити наявність оксидаз і порівняти активність їх у різних рослинних об'єктах і органах рослин.

ЛІТЕРАТУРА: Векірчик К.М., роботи 97, 99.

Лебедєв С.І., С. 42 – 46.

Мусієнко М.М., С. 33 – 36.

Третьяков Н.Н., робота 51.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ:

1. Який механізм дії оксидоредуктаз в рослинній клітині? .

2. Від чого залежить швидкість і напрямок ферментативних реакцій?

3. Яка роль фермента каталази в клітині?

4. Яка роль фермента пероксидази в клітині?

Завдання 1.Визначити активність каталази в різних рослинних об'єктах:

а) за допомогою мікроскопа;

б) за допомогою каталазника.

Оксидоредуктази – це ферменти, які каталізують окисно-відновні реакції. До них відносяться реакції, які супроводжуються відняттям водню від речовин. Такі реакції каталізують анаеробні дегідрогенази (НАД, НАДФ), флавінові ферменти. До оксидоредуктаз відносяться: поліфенолоксидаза, пероксидаза, каталаза. Каталаза розщеплює перекис водню.

Каталаза – двокомпонентний фермент, який складається з білка і простатичної групи, що містить залізо.

Об'єкт: елодея, бульби картоплі, листя пеларгонії, цибулина.

Матеріалита обладнання:мікроскоп, предметне скло, ступка з товкачиком, сірники, спиртівки, 3% розчин Н₂О₂, каталазники.

Хід роботи

На предметне скло наносять краплю перекису водню, сюди кладуть лист елодеї і спостерігають під мікроскопом. Перекис водню проникає в клітиниелодеї і розщеплюється в них каталазою, що видно по виділенню пухирців кисню. Швидкість цього процесу на верхівці листка та в його основі відрізняються. На предметне скло у каплю води занурюють листок елодеї і кип'ятять його над пальником. Листок остужують і наносять на нього краплю Н₂О₂. Виділення пухирців газу не помічають.

Результати досліду відобразити у вигляді малюнків.

Висновки:

Визначення активності каталази можна проводити і шляхом визначення виділеного об'єму кисню за допомогою приладу –каталазника. Для цього зважують 5 г бульби картоплі або якогось іншого об'єкту (цибуля), розтирають в ступці, додають 0,5 г СаСО₃, доливають 20 мл води, перемішують, виливають у колбу на 500 мл. Великим пінцетом у колбу ставлять маленький стаканчик з 5 мл, 3% розчину перекису водню. Колбу герметично закупорюють пробкою з трубкою, шо поєднується з приладом. У бюретках встановити одинаковий рівень води. Вміст колби перемішують так, шоб упав маленький стаканчик з Н₂О₂ і перекинувся. Протягом 3 хвилин колбу стряхують. По зниженню рівня води у бюретці каталазника визначають об'єм кисню, що виділився.

Каталазник намалювати. Результати досліду записати в таблицю.

Об’єкт дослідження	Об’єм виділеного О₂ за 3 хв на 5 г об’єкту

Висновки:

Завдання 2.Виявлення пероксидази в соці цибулини цибулі.

Пероксидаза – фермент, що активує кисень перекисей (перекис водню). Виявлення наявності пероксидази зосновано на зміні кольору при окислені поліфенолів до хінонів.

Об'єкт: цибулина цибулі.

Матеріали та обладнання: тертка, марля, 10 мл колба, піпетки, лійки, пробірки, 1% розчин гідрохінону, 3% розчин Н₂О₂.

Хід роботи:

Натирають на тертці цибулину цибулі, віджимають сік через марлю у колбочку. Готують три пробірки. У першу вносять 5 мл 1% розчину гідрохінону та 1 мл 3%розчину Н₂О₂, 1 мл соку цибулі. У другу пробірку – 5 мл розчину гідрохінону і 1мл соку цибулі. У третю пробірку – 5 мл розчину гідрохінону і 1 мл-3% розчину Н₂О₂.

Відзначити, в якій пробірці відбулася реакція, що про це свідчить. Написати рівняння реакції, що відбулася, намалювати пробірки, зробити підписи до малюнку.

Зробити висновок.

Висновки: