Министерство сельского хозяйства
Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Самарская государственная
сельскохозяйственная академия»
Кафедра «Садоводство, ботаника и
физиология растений»
В. М. Царевская, М. В. Коваленко, Г. К. Марковская
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
Методические указания и рабочая тетрадь
для выполнения лабораторных работ
для студентов, обучающихся по направлению 110500.62 «Садоводство»
Студент_________________________
Курс__________ Группа__________
Кинель
РИЦ СГСХА
2013
Стр.1
УДК 581.1.(07)
ББК 41.2 Р
Ф-50
Царевская, В. М.
Ф-50 Физиология растений : методические указания и рабочая тетрадь /
В. М. Царевская, М. В. Коваленко, Г. К. Марковская. – Кинель : РИЦ
СГСХА, 2013. – 76 с.
В методических указаниях приведены подробные описания структуры и методики
проведения лабораторных работ, даны задания для самостоятельной работы по основным
изучаемым темам, представлен перечень вопросов для подготовки к экзамену и рекомендуемая
литература.
Методические указания предназначены для студентов II курса агрономического факультета,
обучающихся по направлению подготовки: 110500.62 «Садоводство», профиль
подготовки «Декоративное садоводство и ландшафтный дизайн».
© ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА, 2013
© Царевская В. М., Коваленко М. В., Марковская Г. К., 2013
2
Стр.2
ПРЕДИСЛОВИЕ
Физиология растений – наука, изучающая процессы жизнедеятельности и их биохимические
основы. Основными разделами этой дисциплины являются: физиология и биохимия
растительной клетки, фотосинтез, дыхание, водный режим, минеральное питание, рост
и развитие растений, физиология формирования урожая и его качество, устойчивость растений
к неблагоприятным факторам среды.
Методические указания и рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по
дисциплине «Физиология растений» включает структуру и методики опытов, проводимых
на аудиторных занятиях по 17 темам. По каждой теме дано краткое теоретическое введение,
основные физиологические и биохимические понятия, вопросы для самоконтроля, указания
по методике проведения лабораторных работ и рекомендации по оформлению полученных
результатов. Это позволяет качественно освоить материал темы, самостоятельно проконтролировать
полученные знания, приобрести навыки в выполнении опытов.
Целью методических указаний является изучение 17 тем по физиологии растений и
более эффективное и продуктивное использование учебного времени студентов.
Задачи методических указаний:
– дать основные понятия и термины по изучаемым темам;
– стимулировать самостоятельное творческое мышление;
– организовать самостоятельную работу студентов.
В результате изучения дисциплины «Физиология растений» студент должен:
знать:
– анатомо-морфологическую локализацию физиолого-биохимических процессов в
растениях, их ход и механизмы регуляции на всех структурных уровнях организации растительного
организма;
– зависимость хода физиологических процессов от внутренних и внешних факторов
среды;
– принципы формирования величины и качества урожая основных сельскохозяйственных
культур;
– воздействие на растения факторов антропогенного происхождения;
уметь:
– пользоваться органолептическими и биохимическими показателями в процессе
прогнозирования урожая и его качества;
владеть:
– современными методами исследования и получения информации о ходе физиологических
процессов в растительном организме, формировании биохимического качества
урожая;
– навыками обработки и анализа получаемых экспериментальных данных.
3
Стр.3
Тема 1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ
Цель занятия. Ознакомиться с локализацией основных органических веществ в
клетке, применяя простейшие методы качественного анализа.
В состав клетки входят органические и минеральные вещества. Основными органическими
веществами в составе растительной клетки являются белки, жиры, углеводы и нуклеиновые
кислоты.
Белковые вещества представляют собой высокомолекулярные органические соединения,
построенные из аминокислот. Белки выполняют в клетке конституционные, каталитические,
защитные, транспортные и запасные функции. Hаличие в молекуле белка различных
свободных групп и радикалов – аминных (-NH2), карбоксильных (-СООH), гидроксильных
(-ОH), сульфгидрильных (-SH), дисульфидных (-S-S-) и др. обуславливает огромное
разнообразие реакционных возможностей, как отдельных структурных элементов белка, так
и всей белковой молекулы. Это используется для выявления и количественного определения
белков. Белки в различных количествах находятся во всех органах растений. В вегетативных
органах количество белков обычно достигает 5-15% от веса сухой массы, в семенах
злаков 10-20%, в семенах бобовых и масличных культур – 25-35%.
Hуклеиновые кислоты представляют собой органические кислоты с огромным молекулярным
весом. Они играют важную роль в передаче наследственных свойств живых
организмов и в процессе синтеза белка. Различают два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновую
кислоту – ДHК, которая в основном локализована в клеточном ядре и рибонуклеиновую
кислоту – РHК, которая находится и в ядре, и в цитоплазме клетки. При
гидролизе нуклеиновые кислоты дают пуриновые и пиримидиновые основания, сахар (пентозу),
рибозу и дезоксирибозу и фосфорную кислоту.
Жиры и жироподобные вещества. Жиры (триглицериды) – тройные эфиры глицерина
и трех молекул жирных кислот. Жиры чаще выполняют функции запасных веществ,
конституционную и транспортную. Жироподобные вещества (липоиды) отличаются от жиров
тем, что один из гидроксилов глицерина замещен не жирной кислотой, а каким-либо
другим гидрофильным веществом, например, остатком фосфорной кислоты (фосфолипиды),
к которому в свою очередь может присоединиться какое-либо органическое основание
(например, холин). Hекоторые из липоидов вместо глицерина включают в молекулу другой
многоатомный спирт (например, инозит). Липоиды чаще выполняют функции конституционных
(липопротеидная мембрана), реже запасных (фосфолипиды) или защитных (воска)
веществ. Общим, что объединяет жиры и липоиды, является их растворимость в органических
растворителях: эфире, хлороформе, сероуглероде, бензине и не растворимость в воде.
Рекомендуемая литература
Плешков, Б.А. Биохимия сельскохозяйственных растений. – М. : Агропромиздат, 1987. –
С. 213-218, 272-291, 294-307.
Третьяков, Н.Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. – М.: Колос,
2005. – С. 31-58, 64-67.
Материалы и оборудование. 1. Микроскопы. 2. Предметные и покровные стекла.
3. Лезвия. 4. Колбы с обратным холодильником. 5. Водяная баня. 6. Чашки Петри. 7. Пинцеты.
8. Спиртовки. 9. Hитки. 10. Свежие листья фасоли, кукурузы. 11. Замоченные семена
кукурузы. 12. Раствор медного купороса, 7%. 13. Раствор щелочи 10%. 14. Водный раствор
нингидрина 0,5%. 15. Спирт этиловый, 96%. 16. Реактив HАДИ. 17. Раствор Судан III.
18. Глицерин.
Работы выполняются в порядке их расположения, используя свободное время для
подготовки следующей работы.
4
Стр.4
Работа 1.1. ОБHАРУЖЕHИЕ БЕЛКА В ЛИСТЬЯХ (ПО ЧАЙЛАХЯHУ)
Метод основан на проведении биуретовой реакции. Эта реакция характерна для веществ,
содержащих пептидную связь (-СО-NH-). При обработке щелочного раствора белка
раствором медного купороса появляется фиолетовое или красно-фиолетовое окрашивание.
Методика выполнения. К черешку листа привязать нитку. Листья погрузить на
1-2 мин в кипящую воду, затем перенести в колбу с 96% спиртом. Колбу с обратным холодильником
погрузить в горячую водяную баню для экстрагирования хлорофилла. Через
0,5-1 ч наступает полное обесцвечивание листа. Обесцвеченные листья смочить дистиллированной
водой и расправить в чашке Петри. Провести биуретовую реакцию, для чего листья
на 1 ч залить 7% раствором медного купороса, промыть дистиллированной водой и залить
10% щелочью.
Листья приобретают фиолетовую окраску, усиливающуюся в течение часа, что указывает
на присутствие белков. По интенсивности полученной окраски можно определить
относительное содержание белков в разных частях листа и листьях различных культур,
оценивая его по 5-бальной системе.
Оформление результатов опыта
1) Зарисовать исследуемые листья.
Рис. 1.1. Лист_____________________
2) Заполнить таблицу 1.
Культура
Рис. 1.2. Лист________________________
Таблица 1
Окраска листьев после обработки по Чайлахяну
Окраска
Оценка количества белка в баллах
3) Сделать выводы. В каких частях листа, и у каких растений содержание белка выше?
______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
Работа
1.2. ОБНАРУЖЕНИЕ БЕЛКА НА СРЕЗАХ ТКАНИ
Метод основан на получении характерных цветных реакций на тонких срезах тканей,
путем просмотра полученных препаратов под микроскопом.
а) Биуретовая реакция. Тонкий срез семени кормовых бобов поместить на предметное
стекло в каплю 7% раствора медного купороса на 20-30 мин. Тщательно убрать этот
раствор с помощью фильтровальной бумаги и промыть срез водой. Обработать 10%
раствором щелочи до появления фиолетовой окраски. Препарат покрыть покровным стеклом
и рассматривать под микроскопом.
5
Стр.5
б) Hингидриновая реакция служит для обнаружения как свободных, так и связанных
аминокислот. Основана на образовании окрашенного соединения в результате сдваивания
молекул нингидрина и присоединения к ней азота аминокислоты.
Методика выполнения. Кусочек эпидермиса с мясистой чешуи лука поместить в
0,5% раствор нингидрина на предметное стекло. Подогреть препарат на спиртовке до появления
синей окраски. Покрыть препарат покровным стеклом и рассмотреть под микроскопом.
Оформление
результатов опыта
1) Зарисовать препараты
Hаименование ткани___________________
Рис. 1.3. Окраска нингидрином
Рис. 1.4. Биуретовая реакция
2) Можно ли выделить в клетке места преимущественной локализации белков? Почечему?____________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Работа
1.3. ОБHАРУЖЕHИЕ И ЛОКАЛИЗАЦИЯ HУКЛЕИHОВЫХ КИСЛОТ
В КЛЕТКЕ
В цитохимии нуклеиновых кислот широко используют смесь двух красителей – пиронина
и метилового зеленого. Пиронин адсорбируется с РHК, метиловый зеленый избирательно
связывается с ДHК. Это дает возможность одновременно выявить локализацию в
клетке РHК и ДHК.
Методика выполнения. С вогнутой стороны мясистой чешуи лука снять кусочек
эпидермиса и поместить его в каплю красителя на предметное стекло на 5-20 мин. Оттянуть
краску фильтровальной бумагой, добавляя с противоположной стороны воду. Препарат покрыть
покровным стеклом и рассматривать под микроскопом сначала при малом, а затем
при среднем увеличении. Под действием красителя РHК окрашивается в малиновый цвет,
ДHК – в синий. Hа хорошо приготовленных препаратах в ядре можно рассмотреть ядрышко,
имеющее иную, чем ядро, окраску.
Оформление результатов опыта
1) Крупным планом зарисовать несколько клеток после окраски их пиронином плюс
метиловый зеленый.
2) Сделать выводы о локализации ДHК и РHК в клетке
_______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
6
Стр.6
Работа 1.4. ОБHАРУЖЕHИЕ ЖИРОВ И ЛИПОИДОВ
Жиры и близкие к ним вещества могут быть обнаружены с помощью специальных
красителей. Чаще используется Судан III. Окраска, по-видимому, основана на растворении
этой краски в жирах и жироподобных веществах.
Методика выполнения. Вдоль замоченного зерна кукурузы, через зародыш, сделать
срезы. Первый срез выбрасывается, второй используется для изготовления препарата. Срез
поместить на предметное стекло в каплю красителя на 10-20 мин. Краситель оттянуть фильтровальной
бумагой, капнуть каплю глицерина, покрыть покровным стеклом и рассматривать
под бинокулярным микроскопом. Если окраска проявляется слабо, слегка подогреть
препарат над спиртовкой.
Оформление результатов опыта
1) Зарисовать срез зерна кукурузы после окраски Судан-III.
2) Сделать выводы. Где в зерне кукурузы, в основном, локализованы жиры и жироподобные
вещества?
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
Задание для самостоятельной работы
материалов.
Заполните таблицу 2, используя результаты работ по теме 1, учебных и лекционных
Таблица 2
Характеристика отдельных компонентов растительной клетки
Компоненты
БЕЛКИ
ДНК
Элементарный состав, строение
молекулы (мономеры)
Место синтеза и
локализация
РНК
ЛИПИДЫ
7
Стр.7
Тема 2. ПОЛУЧЕНИЕ РАСТВОРА РАСТИТЕЛЬНОГО БЕЛКА И
ИЗУЧЕНИЕ ЕГО СВОЙСТВ
Цель занятия. Ознакомиться с отдельными свойствами белков.
Белки или протеины – сложные полимеры, построенные из аминокислот, соединенных
между собой пептидными связями -СО-NH-. В результате образования водородных и
дисульфидных связей между различными аминокислотами молекула белка приобретает
определенную пространственную конфигурацию, это явление называется конформация
белка. Потеря белком конформации изменяет химические и физические свойства молекулы,
приводит к потере физиологической активности.
Устойчивость белковой молекулы в растворах определяется ее гидратацией. В белковой
молекуле много гидрофильных групп, способных притягивать к себе воду. Так, -СОNH-
связывает одну, -СООН - две, - NH2 -три молекулы воды. Такая гидратация называется
химической.
Молекула белка в растворе имеет заряд. Молекулы воды, обладая свойствами диполей,
под действием электростатических сил правильно ориентируются к белковой молекуле,
образуя вокруг неё водную оболочку. Чем дальше молекула воды удалена от поверхности
белковой молекулы, тем беспорядочней их расположение и слабее связь.
Осаждение белка из раствора можно вызвать действием водоотнимающих средств
(спирт, ацетон) или добавлением достаточно большого количества соли. Выделение белка
из раствора под влиянием солей называется высаливанием. Этот процесс применяется для
получения в чистом виде белков и ферментов. При высаливании не происходит необратимого
изменения конфигурации белковой молекулы и после снижения концентрации соли
белок вновь переходит в раствор.
Под действием высокой температуры и концентрированных кислот белок переходит
в необратимое состояние, происходит его денатурация. Она выражается в потере растворимости,
снижении водопоглотительной способности, утрате физиологических функций.
Аминокислоты и белки являются амфотерными электролитами и могут диссоциировать как
кислоты или как основания.
При избытке ионов водорода (кислая среда) будут образовываться положительно заряженные
ионы:
СН3-СН-СООН
NH2
|
ны:
СН3-СН-СООН
|
NH2
+ Н+
СН3-СН-СООН
|
NH 3
+
При избытке ионов ОН- (щелочная среда) образуются отрицательно заряженные иоСН3-СН-СООNH
2
+ ОН|
+
Н2О
При некоторой определенной величине рН образование положительно и отрицательно
заряженных ионов подавляется в одинаковой степени и молекула белка и аминокислоты
становится электронейтральной. Это значение рН называется изоэлектрической точкой
(ИЭТ). Для разных белков и аминокислот ИЭТ неодинакова и зависит от соотношения свободных
карбоксильных и аминокислотных групп. Важно отметить, что в растворе устойчивость
белковой молекулы в ИЭТ значительно ниже, так как при этом происходит потеря заряда,
снижение гидратации и коагуляция белка.
8
Стр.8