Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

810

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
09.01.2024
Размер:
5.14 Mб
Скачать

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова»

А.И. Сальников, И.Л. Маслов

ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙ

Практикум

Пермь ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА

2014

УДК 581.1.(076.5) ББК 41.2 я 7

С 167

Рецензенты:

С.Л. Елисеев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зав. кафедрой растениеводства ПГСХА,

Ю.А. Петрухин, доктор биологических наук, профессор кафедры ботаники ФГБОУ ВПО «Пермский государственный гуманитарный педагогический университет».

С 167 Сальников, А.И. Физиология и биохимия растений: практикум / А.И. Сальников, И.Л. Маслов, М-во с.-х. РФ, ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА - Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2014. – 300 с.

В практикуме изложены методы изучения физиологии и биохимии растительной клетки, водного обмена, фотосинтеза, дыхания, минерального питания, роста и развития, адаптации и устойчивости растений к неблагоприятным условиям внешней среды, превращения органических веществ в растительном организме, а также учебная практика по физиологии растений.

Практикум предназначен для подготовки бакалавров и магистрантов по направлениям: 110100 «Агрохимия и агропочвоведение», 020400 «Биология», 110400 «Агрономия», 110500 «Садоводство», 110900 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции», 250100 «Лесное дело», 250700 «Ландшафтная архитектура».

Разделы 1,2,5 и 8 написаны профессором А.И. Сальниковым, разделы 3,4,6,7 и 9 – профессором И.Л. Масловым под общей редакцией профессора А.И. Сальникова.

УДК 581.1.(076.5) ББК 41.2 я 7

Печатается по решению методической комиссией факультета агротехнологий и лесного хозяйства. Протокол № 3 от 19 ноября 2013 года.

Учебное издание Сальников Анатолий Иванович

Маслов Иван Леонидович Физиология и биохимия растений Практикум

Редактор Е.А. Граевская

Подписано в печать 24.02. 2014. Формат 60×841/16 Усл. печ. л. 18,75. Тираж 100 экз. Заказ № 15

ИПЦ «ПрокростЪ»

Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н.Прянишникова,

614990, Россия, г. Пермь, ул. Петропавловская, 23 тел. 210-35-34

© ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2014

2

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

7

СОКРАЩЕНИЯ………………………………………………………………………

 

ПРЕДИСЛОВИЕ 8

 

ВВЕДЕНИЕ ...........................................................................................................................

10

1. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ...........................................................

11

Работа 1. Строение растительной клетки и отличие ее

 

от животной клетки .............................................................................................................

11

Работа 2. Диффузия и осмос. Получение искусственной “клеточки” Траубе..........

17

Работа 3. Явление плазмолиза и деплазмолиза..............................................................

19

Работа 4. Способы определения живой и мертвой растительной клетки ................

23

Работа 5. Осмотический выход воды из плазмолизированных клеток ....................

24

Работа 6. Определение вязкости цитоплазмы по времени плазмолиза ....................

25

Работа 7. Определение вязкости цитоплазмы центрифужным методом ..................

27

Работа 8. Определение осмотического давления клеточного сока

 

плазмолитическим методом (по де-Фризу) .....................................................................

29

Работа 9. Определение сосущей силы клеток упрощенным

 

методом (поУршпрунгу) .....................................................................................................

34

Работа 10. Определение сосущей силы клеток методом струек

 

(по В.С. Шардакову) ............................................................................................................

37

Работа 11. Влияние ионов калия и кальция на вязкость и проницаемость

 

цитоплазмы ...........................................................................................................................

39

Работа 12. Прижизненное окрашивание клеток нейтральным красным.................

41

Работа 13. Разная проницаемость пограничных слоев

 

цитоплазмы. Колпачковый плазмолиз............................................................................

43

Работа 14. Проницаемость живой и мертвой цитоплазмы

 

для клеточного сока.............................................................................................................

45

Работа 15. Определение жизнеспособности семян методом

 

окрашивания (по Д. Н. Нелюбову) ...................................................................................

48

Вопросы и задачи по теме «Физиология растительной клетки»................................

49

2. ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ ..................................................................................

52

Работа 16. Определение содержания воды и сухого вещества

 

в растительном материале .................................................................................................

53

Работа 17. Содержание свободной и связанной воды

 

в растительном материале .................................................................................................

55

Работа 18 (демонстрационная). Корневое давление у растений .................................

58

Работа 19 (демонстрационная). Влияние внешних условий

 

на процесс гуттации.............................................................................................................

59

Работа 20. Особенности диффузии водяного пара через малые отверстия ..............

60

Работа 21. Определение интенсивности транспирации весовым методом...............

63

Работа 22. Сравнение транспирации верхней и нижней сторон листа

 

хлоркобальтовым методом (по Шталю)..........................................................................

68

Работа 23. Влияние внешних условий на состояние устьиц (по Молишу) ...............

69

Работа 24. Наблюдение за устьичными движениями под микроскопом...................

71

Работа 25. Определение интенсивности кутикулярной транспирации.....................

72

Работа 26. (демонстрационная). Объѐмный метод

 

определения транспирации ................................................................................................

73

Работа 27. Определение скорости поглощения воды

 

растением с помощью потометра......................................................................................

74

Работа 28. (демонстрационная). Присасывающее действие листьев.........................

76

Работа 29. Значение пробки для защиты растений от потери воды ..........................

79

Работа 30. Зависимость набухания семян от характера запасных веществ .............

80

3

Работа 31. Влияние концентрации раствора на прорастание семян .........................

81

Вопросы и задачи по теме «Водный режим растений».................................................

83

3. ФОТОСИНТЕЗ .................................................................................................................

85

Работа 32. Хлоропласты и первичный крахмал в листе элодеи.................................

87

Работа 33. Получение спиртовой вытяжки смеси пигментов .....................................

90

Работа 34. Разделение пигментов по Краусу...................................................................

91

Работа 35. Омыление хлорофилла ....................................................................................

92

Работа 36. Получение феофитина (действие кислот на хлорофилл) и

 

восстановление металлоорганической связи .................................................................

93

Работа 37. Оптические свойства пигментов ...................................................................

95

Работа 38. Флуоресценция хлорофилла...........................................................................

99

Работа 39. Количественное определение пигментов ...................................................

102

Работа 40. Разделение пигментов методом бумажной хроматографии ...................

108

Работа 41. Зависимость фотосинтеза от интенсивности света..................................

112

Работа 42. Влияние различных лучей спектра на процесс фотосинтеза .................

114

Работа 43. Влияние углекислоты на фотосинтез .........................................................

116

Работа 44. Влияние температуры на фотосинтез.........................................................

117

Работа 45. Определение интенсивности фотосинтеза методом

 

Олвика - Целлера ...............................................................................................................

118

Работа 46. Выявление крахмала в листе методом Сакса ...........................................

122

Работа 47. Образование сахара в листьях растения при фотосинтезе.....................

124

Работа 48. Определение площади листьев ....................................................................

125

Работа 49. Определение ассимиляции СО2 по количеству

 

накопленного сухого вещества (метод половинок) .....................................................

131

Вопросы и задачи по теме «Фотосинтез».......................................................................

132

4. ДЫХАНИЕ ......................................................................................................................

137

Работа 50. Выделение углекислого газа прорастающими семенами (можно

 

использовать как демонстрационный опыт на лекции)...........................................

138

Работа 51. Потеря сухого вещества при прорастании семян.....................................

140

Работа 52. Определение интенсивности дыхания по количеству

 

выделенного диоксида углерода (по Бойсен - Йенсену) ..............................................

141

Работа 53. Определение дыхательного коэффициента семян ...................................

145

Работа 54. Сравнение величины дыхательных коэффициентов у семян

 

различных растений (демонстрационный опыт).........................................................

147

Вопросы и задачи по теме «Дыхание» ...........................................................................

149

5. МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ..............................................................

151

Работа 55. Микрохимический анализ золы растений.................................................

153

Работа 56. Выращивание растений в водной культуре на полной

 

питательной смеси и с исключением элементов.*.......................................................

156

Работа 57. Влияние микроэлементов на рост растений .............................................

165

Работа 58. Влияние рН на рост растений ......................................................................

168

Работа 59. Антагонизм ионов...........................................................................................

169

Работа 60. Определение объѐма корневой системы и .......................................................

 

общей адсорбирующей и рабочей поглощающей поверхности корня ....................

172

Работа 61. Обнаружение нитратов в растении .............................................................

177

Вопросы и задачи по теме «Минеральное питание» ...................................................

179

6. РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ ..............................................................................

181

Работа 62. Прорастание пыльцы.....................................................................................

184

Работа 63. Определение зоны роста корня....................................................................

185

Работа 64. Влияние концентрации гетероауксина на рост растений ......................

188

Работа 65. Формативное действие света........................................................................

190

4

Работа 66. Влияние температуры на прорастание семян...........................................

192

Работа 67. Определение геотропического изгиба и места ................................................

 

восприятия силы земного притяжения у корня ..........................................................

194

Работа 68. Положительные и отрицательные хемотропические

 

изгибы корней.....................................................................................................................

197

Работа 69. Гидротропизм ..................................................................................................

199

Работа 70. Наблюдение периодичности роста древесных побегов ...........................

200

Работа 71. Прерывание периода покоя у клубней картофеля при помощи

 

тиомочевины.......................................................................................................................

201

Работа 72. Прерывание периода покоя растений при помощи

 

тепловых ванн ....................................................................................................................

202

Вопросы и задачи по теме «Рост и развитие растений» .............................................

205

7. УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ К НЕБЛАГОПРИЯТНЫМ

 

УСЛОВИЯМ…………………………………………………………………………..

 

Работа 73. Выявление защитного действия сахаров на протоплазму

 

Работа 74. Изучение действия сахара на белки протоплазмы………………….

 

при отрицательных температурах..................................................................................

211

Работа 75. Определение жаростойкости растений.......................................................

212

Вопросы и задачи по теме «Устойчивость растений

 

к неблагоприятным условиям» .......................................................................................

213

8. ПРЕВРАЩЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В РАСТЕНИИ .......................

216

Работа 76. Расходование запасных веществ

 

при прорастании семян.....................................................................................................

219

Работа 77. Обнаружение запасных сахаров в растительном материале .................

221

Работа 78. Превращение веществ в прорастающих семенах.....................................

224

Работа 79. Зависимость величины проростка от количества запасных

 

веществ в семени ................................................................................................................

227

Работа 80. Кислотный гидролиз крахмала ...................................................................

228

Работа 81. Обнаружение запасных белков в растениях .............................................

230

Ферменты ............................................................................................................................

236

Работа 82. Получение шкалы гидролиза крахмала амилазой при разных

 

температурах.......................................................................................................................

237

Работа 83. Инактивация амилазы кипячением ...........................................................

239

Работа 84. Обнаружение амилазы в прорастающих семенах ....................................

240

Работа 85. Обнаружение амилазы в слюне человека .................................................

242

Работа 86. Влияние температуры и реакции среды на активность сахаразы

 

(инвертазы)..........................................................................................................................

243

Работа 87. Обнаружение каталазы .................................................................................

245

Работа 88. Определение активности каталазы газометрическим методом............

246

Работа 89. Определение активности пероксидазы в растениях................................

248

Работа 90. Обнаружение активности дегидрогеназ в дрожжах.................................

250

Работа 91. Обнаружение активности дегидрогеназы в семенах с помощью

 

тетразолия хлористого ......................................................................................................

252

Витамины ............................................................................................................................

254

Работа 92. Определение содержания аскорбиновой кислоты в растительном

 

материале.............................................................................................................................

255

Вопросы и задачи по теме «Превращение органических веществ в

 

растении» .............................................................................................................................

258

9. УЧЕБНАЯ ПРАКТИКА................................................................................................

262

9.1. ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ АГРОТЕХНИКИ............................................................

262

9.2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ..................................................................................

268

5

Работа 93. Влияние минеральных удобрений на рост, развитие и

 

продуктивность яровой пшеницы (овса, ячменя, озимой ржи)................................

268

Работа 94. Влияние сроков посева на рост, развитие и продуктивность

 

яровой пшеницы (овса, ячменя, озимой ржи) ..............................................................

270

Работа 95. Влияние яровизации озимой ржи на рост, развитие и

 

продуктивность растений (озимая пшеница) ...............................................................

271

Работа 96. Влияние сорта на рост, развитие, урожайность и качество

 

клубней картофеля ............................................................................................................

273

Работа 97. Наблюдение за развитием злаков по морфологическим изменени-

 

ям в точках роста (по этапам органогенеза)………………………………………

275

Работа 98. Химический анализ растений (по К.П. Магницкому)………………

278

Работа 99. Наблюдение периодичности роста древесных побегов ……………..

281

Задачи и вопросы по теме «Учебная практика»……………………………..........

283

Словарь терминов и персоналий (глоссарий)……………………………………..

284

Персоналии…………………………………………………………………………….

293

Список рекомендуемой литературы………………………………………………

294

Приложение 1. Определение содержания сухого вещества в растворе по

 

найденному показателю преломления при 200 (в процентах сахарозы)………

297

Приложение 2. Зависимость содержания СО2 в 0,001Н NaHCO3 растворе от t0

 

и рН (мг СО3 на л )…………………………………………………………………….

298

Приложение 3 Биометрический анализ растений по фазам развития яровой

 

пшеницы (овса, ячменя, озимой ржи)………………………………………………

299

Приложение 4. Биометрический анализ структуры урожая яровой пшеницы

 

(овса, ячменя, озимой ржи)……………………………………………………….

299

Приложение 5 Биометрический анализ растений картофеля………………

299

Приложения 6 Биометрический анализ клубней картофеля……………………

299

Приложение 7 Методика приготовления реактивов……………………………

300

Сокращения

6

АБК – абсцизовая кислота АДФ – аденозиндифосфат АМФ – аденозинмонофосфат АТФ – аденозинтрифосфат Атм – атмосфера г – грамм

d – диаметр

ДК – дыхательный коэффициент ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

Дж – джоуль (килоджоуль на моль = 686 ккал/моль) Кс – красный свет ИУК – индолилуксусная кислота

Jф – интенсивность фотосинтеза ккал – килокалорий

Моль – сокращенное название грамм-молекулы М – молярный Мл – миллилитр

НАДФ – никотинамидадениндинуклеотид фосфат НМ – нанометр

Па – Паскаль; КПа – килопаскаль; МПа – мегапаскаль; 1 атм = 101,3 Па ПВК – пировиноградная кислота рН – показатель концентрации водородных ионов РНК – рибонуклеиновая кислота С – концентрация

S – сосущая сила

S0 – cинглетный уровень возбуждения молекулы пигмента

S1 – первый синглетный уровень возбуждения молекулы пигмента S2 – второй cинглетный уровень возбуждения молекулы пигмента

Т– абсолютная температура (2730+ t ср.)

Т– тургорное давление

Р – осмотическое давление ФАР – фотосинтетическая активная единица

ФАД – флавинадениндинуклеотид ФСП – фотосинтетический потенциал Фд – ферредоксин ФГК – фосфоглицериновая кислота

Феп – фосфоэнолпировиноградная кислота ЦК – цитокинин ЧПФ – чистая продуктивность фотосинтеза

Щук – щавелевоуксусная кислота ЭТЦ – электронно-транспортная цепь Q10 – температурный коэффициент

7

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие разработано в соответствии с программой по физиологии и биохимии растений для высших сельскохозяйственных учебных заведений как руководство при проведении лабораторных занятий и учебной практики, а также самостоятельной работы студентов.

Вданном пособии в основном сохранена традиционная последовательность изложения курса физиологии растений, что также соответствует программе. Вместе с тем, ряд лабораторных работ подвергся значительной переработке. Все лабораторные работы по всем основным разделам курса представлены в том виде, в каком они сложились в результате многолетней практики кафедры ботаники, генетики, физиологии растений и биотехнологии ПГСХА имени академика Д.Н. Прянишникова.

Всоответствии с программой в пособии впервые введены лабораторные работы по биохимии растений, объединенные в главу 8 «Превращение органических веществ в растении», а также по физиологии растений (глава 9), проводимые на учебной практике.

Каждая работа включает цель, краткое теоретическое объяснение, список материалов и оборудования, затем подробные указания по выполнению работы (ход работы), порядок выполнения расчета полученных результатов и формулирования выводов, после чего приводятся вопросы для самоконтроля.

Занятия проводятся в активных формах обучения. Каждое из них начинается с беседы со студентами по ранее изученному материалу. Затем преподаватель дает краткое объяснение по теме лабораторного занятия, после чего, пользуясь «Практикумом», студенты записывают в своих тетрадях название работы, краткое содержание хода работы. По звеньям, обычно по два-три человека, они выполняют работу, оформляют ее в виде расчетов, рисунков, таблиц и делают выводы. По завершению работы преподаватель

8

предлагает студентам ответить на ряд вопросов с целью проверки усвоения теоретического материала, затронутого данной работой и увязки его с полученными результатами и сделанными выводами. Это развивает самостоятельность студентов, способность мыслить и способствует прочному, осознанному усвоению материала.

После изучения каждой темы проводится контрольная работа или коллоквиум по пройденному материалу. Для самостоятельной работы и подготовки студентов к контрольной работе или коллоквиуму в конце каждой темы практикума приведены вопросы и задачи.

Содержащиеся в руководстве работы могут быть, как правило, выполнены в течение 1-2- часового занятия. Опыты, связанные с выращиванием растений, рассчитаны на два занятия.

Выполнить все работы, содержащиеся в пособии, за время, отведенное учебным планом, невозможно. Поэтому преподавателю, ведущему лабораторные занятия, можно проводить те из них, которые он считает целесообразными. Некоторые работы могут быть использованы не только на лабораторных занятиях, но и в качестве лекционных демонстраций.

Авторы считают своим приятным долгом выразить глубокую благодарность доктору сельскохозяйственных наук, профессору, заведующему кафедрой растениеводства ПГСХА С.Л. Елисееву и доктору биологических наук, профессору кафедры ботаники ФГБОУ ВПО Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета Ю.А. Петрухину за тщательный просмотр рукописи, ценные советы и замечания.

Авторы также благодарят заведующую лабораторией кафедры Р.Н. Эсенбаеву за выполнение технической работы над практикумом.

Отзывы о практикуме просим направлять по адресу: 614090,г. Пермь,ул. Петропавловская, 23, Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова

9

ВВЕДЕНИЕ

Физиология и биохимия растений – две экспериментальные самостоятельные науки, тесно связанные друг с другом. Если физиология растений изучает закономерности жизнедеятельности растений (механизмы питания, роста, размножения, развития, устойчивости растений против неблагоприятных условий и др.) и является фундаментальной основой всех агрономических наук, то биохимия выясняет ход превращений веществ в растении, что позволяет устанавливать их связь с физиологическими процессами.

Перед современной физиологией растений стоят многочисленные задачи, имеющие не только теоретическое, но и большое практическое значение. Одной из этих задач, наряду с изучением закономерностей жизнедеятельности растений, является разработка теоретических основ получения устойчивых и максимальных урожаев сельскохозяйственных культур.

Являясь научной основой земледелия, физиология растений вооружает агронома знаниями по разработке технологических приемов для создания благоприятных условий повышения урожайности растений и качества сельскохозяйственной продукции.

Основная цель практикума – углубить и расширить знания студентов по теоретическому курсу физиологии и биохимии растений, познакомить их с методами исследования по этим дисциплинам, привить навыки самостоятельной работы, научить их анализировать полученные результаты, делать выводы и обобщения.

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]