Биология (физиология растений)

Физиология растений

для студентов специальности

5В060700-Биология

5В080100-Агрономия

5В070100-Биотехнология

Костанай 2010

Тема 1 Влияние анионов и катионов на форму и время плазмолиза

Цель: определить время наступления фаз плазмолиза.

Теоретические сведения

Плазмолиз – отставание цитоплазмы от стенок клетки, помещенной в раствор с большей концентрацией, чем концентрация клеточного сока (гипертонический раствор). В ходе плазмолиза очертания поверхности меняются: сначала она сокращается, а после полной потери тургора протопласт отстает от клеточной стенки по углам (уголковый плазмолиз), затем во многих местах (вогнутый плазмолиз) и, наконец, протопласт округляется (выпуклый плазмолиз).

Временем плазмолиза называется период, который проходит с момента погружения ткани растения в раствор плазмолитика до наступления выпуклого плазмолиза. Этот показатель может характеризовать вязкость цитоплазмы: чем больше время плазмолиза, тем выше вязкость цитоплазмы.

Катионы и анионы солей оказывают специфическое и многообразное действие на цитоплазму. Одним из заметных внешних проявлений этого действия являются изменения в степени набухания и вязкости цитоплазмы, для наблюдения за которыми используют время плазмолиза.

Ход работы:Срез эпидермиса с выпуклой поверхности чешуи цветного лука помещают в каплю раствора испытуемой соли, накрывают покровным стеклом и сейчас же приступают к рассматриванию под микроскопом. Следят за сменой форм плазмолиза. Определяют время плазмолиза в каждой соли. Результаты опыта записывают по форме:

Вариант	Соль	Концентрация раствора	Время погружения ткани в раствор	Время наступления выпуклого плазмолиза	Время плазмолиза (мин.)
	Ca(NO₃)₂	0.7
	KNO₃	1.0
	KCNS	1.0

На основании полученных результатов делают выводы о влиянии катионов и анионов на вязкость цитоплазмы.

Оборудование:луковица синего лука; растворы на дистиллированной воде: 1 М KNO_3,0,7 М Ca(NO₃)₂,1 М KCNS , скальпель, лезвие бритвы, препаровальная игла, микроскоп, Предметные и покровные стекла; карандаш по стеклу; фильтровальная бумага.

Литература:1, с.19

Контрольные вопросы:

1 Известно, что через клеточные мембраны проникают как вода, так и многие растворенные вещества. Почему тем не менее можно говорить о полупроницаемости мембран, хоть и не идеальной?

2 Какая мембрана обладает более низкой проницаемостью для растворенных веществ – плазмолемма или тонопласт?

Тема 2 Определение осмотического давления клеточного сока плазмолитическим методом

Цель:определить изотоническую концентрацию и вычислить осмотическое давление клеточного сока по уравнению Вант-Гоффа

Теоретические сведения

Клеточный сок – водный раствор различных органических и неорганических веществ. Потенциальное осмотическое давление зависит от числа частиц, находящихся в этом растворе, т.е. от концентрации и степени диссоциации растворенных молекул. Потенциальное осмотическое давление выражает максимальную способность всасывать воду. Величина этого показателя указывает на возможность произрастания растения на почвах различной водоудерживающей силы. Повышение осмотического давления клеточного сока при засухе является критерием обезвоживания растений и необходимости полива.

Данный метод основан на подборе такой концентрации наружного раствора, которая вызывает начальный (уголковый) плазмолиз в клетках исследуемой ткани. В этом случае, осмотическое давление раствора примерно равно осмотическому давлению клеточного сока. Такой раствор называется изотоническим.

Ход работы:В бюксы готовят по 10мл. 0,7М; 0,6М; 0,5М; 0,4М; 0,3М; 0,2М, растворов сахарозы путем разбавления 1M раствора дистиллированной водой. Растворы тщательно перемешивают. Бюксы закрывают крышками, чтобы предотвратить испарение, и ставят в ряд убывающей концентрации растворов.

Лезвием безопасной бритвы делают тонкие срезы с выпуклой поверхности чешуи лука размером примерно 25 мм² из среднего хорошо окрашенного участка.

В каждый бюкс, начиная с высокой концентрации, с интервалом в 3 мин. опускают по 2-3 среза. Через 30 мин. после погружения срезов в первый бюкс исследуют их под микроскопом. Затем, через каждые 3 мин. наблюдают под микроскопом срезы из последующих бюксов. Этим достигается равная продолжительность пребывания срезов в растворах плазмолитиков. Рассматривать срезы под микроскопом следует в капле раствора из того бюкса, откуда был взят срез.

Определяют степень плазмолиза клетки в каждом растворе и находят изотоническую концентрацию как среднее арифметическое между концентрацией, при которой плазмолиз только начинается, и при которой уже вызывает плазмолиз.

Результаты опыта записывают по форме таблицы

Концентрация растворов сахарозы, М	На 10 мл раствора	Продолжительность пребывания срезов в растворе	Степень плазмолиза	Изотоническая концентрация, М	Потенциальное осмотическое давление, кПа
IМ сахарозы	воды, мл	время погружения	время наблюдения
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2

Величину потенциального осмотического давления (в кПа) рассчитывают по формуле:

П = R*T*c*i*101,3;

где R – газовая постоянная, равная 0,0821л атм./град моль;

Т – абсолютная температура (273^оС + комнатная);

с – изотоническая концентрация в молях;

i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа;

101,3 – множитель для перевода атмосфер в килопаскали.

Коэффициент Вант-Гоффа характеризует ионизацию растворов и для неэлектролитов (сахароза) равен 1.

Оборудование: луковица синего лука; 1 М раствор сахарозы, скальпель, лезвие бритвы, препаровальная игла, микроскоп, предметные и покровные стекла; карандаш по стеклу; фильтровальная бумага, пробирки (бюксы).

Литература: 1, с. 16-18.

Контрольные вопросы:

1 Что такое плазмолиз и каковы его причины?

2 Как происходит деплазмолиз?

3 Способны ли плазмолизироваться мертвые клетки?

Теоретические сведения

Водный потенциал (φ) характеризует сосущую силу растительной ткани. Его определяют для того, чтобы вовремя уловить признаки обезвоживания растений и правильно выбрать время полива.

Настоящий метод основан на подборе наружного раствора такой концентрации, при погружении в который полоска растительной ткани не меняет длины.

Если осмотический потенциал наружного раствора превышает водный потенциал ткани, то раствор отнимает воду от клеток, в результате их объем и длина полосок уменьшаются.

Если осмотический потенциал раствора меньше водного потенциала ткани, то клетки всасывая воду из раствора, увеличиваются в объеме и длина полоски становится больше.

В растворе, где осмотический потенциал равен водному потенциалу ткани, длина полоски не изменяется.

Ход работы: приготавливают в пробирках по 10мл. 0,6 М; 0,5 М; 0,4 М; 0,3 М; 0,2 М; 0,1 М растворов сахарозы. Из клубня картофеля вырезают десять полосок длиной 4-6 см. и сечением около 4 мм². Концы полосок срезают наискось. Работать следует быстро, чтобы исключить подсыхание полосок. Миллиметровой линейкой необходимо точно измерить их длину и поместить по две в каждую пробирку. Через 20 мин. вынимают, обсушивают фильтровальной бумагой и снова измеряют длину. Для расчета величины водного потенциала берут концентрацию, при которой длина полосок не изменилась.

Величину водного потенциала (φ) рассчитывают по формуле:

φ_ώ= -П раствора = - R*T*C*i*101,3;

где R – газовая постоянная, равная 0,0821л атм./град моль;

Т – абсолютная температура (273^оС + комнатная);

с – изотоническая концентрация в молях;

i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа;

101,3 – множитель для перевода атмосфер в килопаскали.

Коэффициент Вант-Гоффа характеризует ионизацию растворов и для неэлектролитов (сахароза) равен 1.

Результаты опыта записывают по формуле таблицы

Концентрация сахарозы, М	На 10 мл раствора	Длина полоски ткани, мм	Концентрация, при которой длина полосок не изменилась, М	Водный потенциал, кПа
IМ сахарозы, мл	воды, мл	перед погружением в раствор	после пребывания в растворе
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1

Оборудование:пробирки, 1М раствор сахарозы, пипетка, стеклянная палочка,картофель, миллиметровая линейка, фильтровальная бумага, дистиллированная вода.

Литература:2, 16-17 с.

Контрольные вопросы:

1 Осмотические явления в клетке и их значение в жизни растений.

2 Как происходит поглошение и выделение воды клеткой?

Теоретические сведения

Метод основан на подборе раствора, концентрация которого не изменяется при погружении в него растительной ткани. В этом случае величина осмотического потенциала раствора равна водному потенциалу клеток листа.

Ход работы: Пробирки расставляют в штативе в два ряда: пять вверху и пять внизу. В верхних готовят по 10 мл 0,5M; 0,4 M; 0,3 M; 0,2 M; 0,1 M растворов сахарозы путем разбавления 1M раствора сахарозы дистиллированной водой.

В пробирки нижнего ряда переносят по 0,5 М раствора из верхних пробирок и все их закрывают пробирками. Из листа сверлом вырезают 10 дисков. Для этого лист нижней стороной поворачивают вверх, подкладывают под него резиновую пластинку и между крупными жилками выбирают диски. В каждую пробирку нижнего ряда отпускают по два диска на 40 мин. Через каждые 10 мин. пробирки с дисками встряхивают. Затем стеклянной палочкой удаляют диски и подкрашивают опытные растворы в пробирках нижнего ряда метиленовой синей, взятой в небольшом количестве (на кончике проволоки). Содержимое встряхивают, добиваясь равномерной окраски раствора. Пипеткой на 0,5 мл. набирают подкрашенный опытный раствор. Конец пипетки опускают в соответствующий исходный раствор в пробирке верхнего ряда так, чтобы уровень жидкости в пипетке превышал уровень раствора в пробирке. Медленно выпускают жидкость из пипетки в исходный раствор, отмечая направление движения струйки. Если концентрация и, следовательно, плотность окрашенного раствора увеличилась по сравнению с исходным, то струйка пойдет вниз, если концентрация уменьшилась – струйка пойдет вверх. При равенстве концентраций струйка равномерно распределяется внутри пробирки с исходным раствором.

Величину водного потенциала по найденной опытным путем концентрации рассчитывают по формуле:

φ_ώ = -П раствора = -R*T*с*i*101,3;

где R – газовая постоянная, равная 0,0821л атм./град моль;

Т – абсолютная температура (273^оС + комнатная);

с – изотоническая концентрация в молях;

i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа;

101,3 – множитель для перевода атмосфер в килопаскали.

Коэффициент Вант-Гоффа характеризует ионизацию растворов и для неэлектролитов (сахароза) равен 1.

Результаты опыта записывают по формуле таблицы

Концентрация сахарозы, М	На 10 мл раствора	Направление движения струйки	Концентрация внешнего раствора оставшегося неизменным	Водный потенциал, кПа
1M сахарозы	воды, мл
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1

Оборудование:двухрядный штатив спробирками, 1М раствор сахарозы, дистиллированная вода, пипетка, стеклянная палочка, листья растении,фильтровальная бумага, метиленовая синь кристаллическая.

Литература: 1, с. 31-32.

Контрольные вопросы:

1 Что такое химический потенциал воды и водный потенциал клетки?

2 Можно ли отнять воду от клетки после достижеия ею состояния полного завядания, т.е. полной потери тургора?

Теоретические сведения

Если подвергнуть лист действию высокой температуры, а затем погрузить в слабый раствор соляной кислоты, то поврежденные и мертвые клетки побуреют вследствие свободного проникновения в них кислоты, вызовет превращение хлорофилла в феофитин, тогда как неповрежденные клетки останутся зелеными. У растений с кислым клеточным соком феофитинизация может произойти и без обработки соляной кислотой, так как при нарушении полупроницаемости тонопласта органические кислоты проникают из клеточного сока цитоплазму и вытесняют магний из молекулы хлорофилла.

Ход работы:Нагреть водяную баню до 40⁰ С, погрузить в нее по 5 листьев исследуемых растений и выдержать листья в воде в течение 30 мин, поддерживая температуру на уровне 40⁰С. Затем взять первую пробу: вынуть по одному листу каждого вида растений и поместить их в чашку Петри с холодной водой (на чашке необходимо сделать соответствующую надпись). Поднять температуру в водяной бане до 50⁰ С, через 10 мин после этого извлечь из бани еще по одному листу и перенести их в новую чашку с холодной водой. Постепенно довести температуру до 80⁰ С, беря пробы через каждые 10 мин при повышении температуры на 10⁰.

Заменить воду в чашках 0,2 н. НСI и через 20 мин учесть степень повреждения листа по количеству появившихся бурых пятен. Результаты исследования разных объектов записать в таблицу, обозначив отсутствие побурения знаком «-», слабое побурение - «+», побурение более 50% площади листа - «++» и сплошное побурение - «+++».