810

Вопросы для самоконтроля

1.С чем связана неодинаковая набухаемость семян различных растений?

2.Семена каких растений обладают наиболее высокой набухаемостью? Почему?

Работа 31. Влияние концентрации раствора на прорастание семян*

Вводные пояснения. Первая фаза прорастания семян связана с набуханием гидрофильных коллоидов, особенно белков, притягивающих воду с силой до 1000 атмосфер. По мере увеличения количества воды в клетках эта сила быстро уменьшается, и у вполне насыщенных водой семян падает почти до нуля.

Дальнейшее поступление воды в прорастающие семена происходит осмотически. Поэтому на ход последующих фаз прорастания большое влияние оказывает концентрация солей почвенного раствора, точнее, разность между осмотическим давлением клеточного сока и почвенного раствора: чем больше эта разность, тем легче вода поступает в клетки прорастающего семени, а затем и в проростки.

Для понимания результатов данного опыта нужно иметь в виду, что осмотическое давление клеточного сока у молодых проростков обычно не превышает 10 атмосфер.

Цель работы. Выяснить влияние концентрации раствора на прорастание семян, точнее, разность между осмотическим давлением клеточного сока семян и почвенного раствора.

Материалы и оборудование: семена пшеницы или других растений; 1,0; 0,1 и 0,01М растворы NaCl; бюретки с воронками (4шт.); весы; разборные доски; пинцет; чашки Петри (4шт.); чистый сухой песок; бумага; клей; миллиметровая линейка.

_____________________________

*Работа рассчитана на 2 занятия.

81

. Ход работы. Насыпать ровным слоем в чашки Петри по 50г песка, снабдить чашки этикетками и смочить песок первой чашки 10мл 1М раствора NaCl, второй – 10мл 0,1М раствора, третьей – 10мл 0,01М раствора, четвѐртой – 10мл водопроводной воды.

Отобрать на разборной доске 4 порции по 50 штук неповреждѐнных и по возможности одинаковых семян. Поместить семена в чашки, разложив их равномерно по поверхности песка и слегка придавив к песку. Затем закрыть чашки крышками и поставить в термостат.

Через неделю подсчитать число проросших семян. Определить размеры проростков, для чего взять из каждой чашки по 10 проростков (подряд, не выбирая), измерить длину надземных частей и корешков (при наличии нескольких корешков у одного проростка брать самый длинный) и найти среднее арифметическое из всех 10 измерений.

Вычислить осмотическое давление растворов по уравнению Вант-Гоффа (Р=RТСi). (Величина изотонических коэффициентов для использованных в опыте растворов: 1М –

1,62; 0,1М – 1,83; 0,01М – 1,93).

Результаты проведенного эксперимента записать в таблицу:

Сделать выводы о причинах различного прорастания семян в растворах разной концентрации.

82

Вопросы для самоконтроля

1.Какое условие является основным для прохождения первой фазы прорастания семян (набухания): наличие оптимальной температуры, воды или воздуха?

2.Какие силы обеспечивают поступление воды в семена в период набухания?

3.С чем связано поступление воды в прорастающие семена после завершения фазы набухания?

Вопросы и задачи по теме «Водный режим растений»

1.Происходит ли транспирация при закрытых устьицах и у безлистных побегов?

2.Бумага, пропитанная раствором хлористого кобальта и просушенная до ярко-голубого цвета, была приложена к двум сторонам листа дуба. Оказалось, что с нижней стороны листа бумага порозовела через 15 минут, тогда как бумага, приложенная к верхней стороне, изменила свою окраску только через 3 часа. Как объяснить полученные результаты?

3.Дерево, имеющее листовую поверхность 12м2, испарило за 2 часа 3кг воды. Чему равна интенсивность транспирации?

4.Интенсивность транспирации сеянца вяза составляла 120 г/м2*час. Сколько воды испарит этот сеянец за 5 минут, если известно, что поверхность его листьев равна 240см2?

5.Сколько времени потребуется растению для испарения 12г воды,

если интенсивность транспирации равна 48г/м2*час, а поверхность листьев – 12,5дм2?

6.Побег, имеющий листовую поверхность 1,2дм2, испарил за 4 минуты 0,05г воды. При тех же условиях со свободной водной поверхности площадью 20см2 за 2 часа испарилось 0,60г. Определите относительную транспирацию (отношение интенсивности транспирации к интенсивности свободного испарения).

7.За вегетационный период дерево накопило 2,1кг органического вещества и испарило за это время 525кг воды. Определите продуктивность транспирации и транспирационный коэффициент.

83

8.Чему равен транспирационный коэффициент и продуктивность транспирации дерева, испарившего за вегетационный период 2 тонны воды и накопившего 10кг сухого вещества?

9.Транспирационный коэффициент равен 125см3/г. Найти продуктивность транспирации.

10.Продуктивность транспирации равна 4г/литр. Найти транспирационный коэффициент.

11.Продуктивность транспирации равна 5г/литр. Найти транспирационный коэффициент.

12.Транспирационный коэффициент равен 200см3/г. Найти продуктивность транспирации.

13.Растение было выдержанно несколько часов в темноте, а затем выставлено на прямой солнечный свет. Как изменится при этом транспирация? Почему?

14.Дерево испарило за 1 час 500г воды, а корневая система поглотила за это же время 450г воды. Какие условия внешней среды могли вызвать указанное несовпадение поглощѐнной и испарѐнной воды? Как это отразится на растении?

15.Ветка ивы была срезана с дерева, поставлена в банку с водой, банку закрыли колпаком, будет ли наблюдаться гуттация у ветки ивы? Объясните.

16.Две подвядшие ветки сирени поставлены в банку с водой, причѐм у одной из веток срез был возобновлѐн под водой. Какая из веток быстрее и полнее восстановит свой тургор? Почему?

17.На нижнюю поверхность листьев орешника в разные часы ясного летнего дня нанесли по капле ксилола, бензола и этилового спирта. В

5часов утра указанные жидкости не оставили на листе никакого следа. В 7 часов получились пятна от ксилола и бензола. В 9 часов утра пятна дали все три жидкости. В 12 часов дня пятен на листе не оказалось. Как объяснить полученные результаты?

84

3. ФОТОСИНТЕЗ

Фотосинтез - это процесс трансформации поглощенной энергии света в химическую энергию и образование органического вещества из неорганических веществ – диоксида углерода и воды организмами, содержащими хлорофилл и другие пигменты. В ходе этого процесса в атмосферу выделяется кислород. Фотосинтез осуществляется при участии многих ферментов и кофакторов. Условно в нем выделяют две фазы: световую или фотофизическую и темновую или химическую. Первая включает реакции поглощения хлорофиллом и другими пигментами квантов света и последующую трансформацию световой энергии в химическую энергию связей аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ-Н2). В темновой фазе запасенная в форме АТФ и НАДФ-Н2 химическая энергия используется для восстановления акцептированного диоксида углерода до углеводов и других продуктов.

6СО2 + 6Н2О свет ,хлорофилл С6Н12О6.+ 6О2

Рис. 8 Строение хлоропласта.

85

У высших растений фотосинтез протекает в специальных клеточных органеллах листьев и других зеленых частях - хлоропластах, число которых в клетках зависит от вида растения и ткани. В одной клетке листа может быть в среднем 20 - 30 хлоропластов.

Хлоропласты разных растений могут значительно различаться по форме, но обычно имеют вид округлых или дискообразных телец диаметром около 5 мкм, толщиной 2-3 мкм. Снаружи они окружены оболочкой, состоящей из двух мембран - наружной и внутренней. Каждая мембрана образована двумя слоями белков, разделенных бимолекулярным слоем липидов. Внутренняя мембрана отграничивает бесцветную строму, в которой располагается много уплощенных мембранных мешочков – тилакоидов, собранных в стопки, называемые гранами. Число гран может составлять 40-50 и более. Число тилакоидов в гране колеблется от 5-6 до нескольких десятков. Отдельные тилакоиды соседних гран соединены между собой ламеллами-мембранами стромы (рис.8).

Согласно современным представлениям в тилакоидных мембранах локализованы все фотосинтетические пигменты хлоропласта и ферменты, необходимые для осуществления световых реакций фотосинтеза. В строме содержатся ферменты, участвующие в темновых превращениях диоксида углерода. Таким образом, сложная и тонкая структура хлоропласта обеспечивает пространственное разделение отдельных реакций, а тем самым и эффективный ход фотосинтеза в целом. Образующиеся в пластидах продукты ассимиляции транспортируются в другие органы и ткани растения, где используются в процессе метаболизма и роста или откладываются в запас.

Таким образом, вся совокупность жизненных проявлений растения тесно связана с фотосинтезом. Более того, синтезированные зелеными растениями органические вещества

86

и кислород обеспечивают существование всех организмов на Земле, в том числе и человека. Ежегодная первичная продуктивность фотосинтеза на планете составляет более 100 млрд. т сухой массы, в которой аккумулируется примерно 17x1021 Дж солнечной энергии. Следовательно, фотосинтез – один из важнейших движущих факторов круговорота веществ и энергии на Земле.

Работа 32. Хлоропласты и первичный крахмал в листе элодеи

Вводные пояснения. Лист элодеи сложен из двух слоев клеток, и только вдоль жилки мелкие клетки образуют большее число слоев (рис. 9). Такое строение вполне объяснимо: элодея приспособилась к жизни в воде и это привело к упрощению ее строения.

Друза – цитоплазматическое включение из сросшихся кристаллов оксалата кальция в клетках многих растений (например, в стеблях липы, листьях щавеля).

Благодаря прозрачности листа в нем хорошо видно строение отдельных клеток. Уже при слабом увеличении хорошо заметны многочисленные черные полосы — межклетники, заполненные газами. Их положение среди двух слоев клеток хорошо видно на рисунке. Пузырьки газов мешают рассматривать содержимое клеток, поэтому надо выбрать пригодное для наблюдения место, которое можно найти около жилки, вблизи от основания листа. При сильном увеличении в клетке видны хлоропласты.

Хлоропласты имеют форму линзы. Они погружены в постенный слой цитоплазмы и прижаты к стенкам клетки. В зависимости от того, прижаты они к боковым стенкам или к верхней (по отношению к наблюдателю) стенке, они имеют несколько различные очертания — овала или окружности (вспомните, как выглядят ядра в клетках чешуи лука!). Но все хлоропласты имеют почти одинаковые размеры.

87

в виде твердых зернышек первичного крахмала. Эти крахмальные зерна, благодаря сильному лучепреломлению, хорошо обнаруживаются даже в живых хлоропластах без всякой обработки. Лучше всего они заметны в хлоропластах, прижатых к верхней стенке клетки.

Химическая природа этих включений видна на клетках, убитых реактивом Люголя. Цитоплазма, пластиды окрашиваются в желтый цвет, а зерна крахмала становятся лиловыми или черно-фиолетовыми. Окрашиваются в желтый цвет и становятся хорошо заметными и ядра, которые в живых клетках оставались незаметными из-за того, что их показатель преломления совпадал с показателем преломления цитоплазмы.

Цель работы. На примере листа элодеи рассмотреть хлоропласты, их форму, движение вдоль боковых стенок клетки, наличие зернышек первичного крахмала на живой и убитой клетке.

Материалы и оборудование: элодея; пинцет; микро-

скоп; препаравальная игла; раствор йода в растворе йодистого калия.

Ход работы. Пинцетом оторвать лист и положить в каплю воды под покровное стекло. При слабом увеличении рассмотреть общую форму листа, наличие средней жилки и многочисленные межклетники, заполненные газами. В центр поля зрения поставить часть листа около жилки.

При сильном увеличении изучить и зарисовать типичную клетку. Отметить оболочку, хлоропласты с зернышками первичного (ассимиляционного) крахмала, постенный слой цитоплазмы, вакуоль. Отметить движение цитоплазмы, увлекающей хлоропласты вдоль стенок клетки.

Сняв препарат со столика микроскопа, приподнять покровное стекло, прибавить каплю реактива Люголя (йод- калий-йод - раствор йода в растворе йодистого калия) и снова наложить стекло. Отметить окраску зерен крахмала внут-

89

ри хлоропластов. Найти убитые и окрашенные ядра. Зарисовать.

Хлоропласты можно также хорошо изучить в однослойных нежных листьях мха мниума, положив лист целиком в каплю воды.

Вопросы для самоконтроля

1.Почему для изучения хлоропластов больше подходят листья элодеи?

2.Как объяснить движение хлоропластов?

3.Почему на листьях элодеи видны темные полосы?

4.Как увидеть ядро и зерна крахмала в клетках элодеи?

Работа 33. Получение спиртовой вытяжки смеси пигментов

Вводные пояснения. Пигменты не растворимы в воде, поэтому из растительной ткани их извлекают полярными растворителями (этиловый спирт, ацетон), которые разрушают связь хлорофиллов и ксантофиллов с липопротеидами пластид и тем самым обеспечивают их полное экстрагирование. Неполярные растворители (петролейный эфир, гексан, бензин и др.) не нарушают связи этих пигментов с белками, поэтому не могут их извлечь из свежих листьев. Для получения вытяжки пигментов используют как сырой, так и сухой материал. В последнем случае высушенные листья предварительно обрабатывают горячей водой, чтобы облегчить последующее извлечение пигментов.

Цель работы. Извлечение пигментов из клеток растений с помощью этилового спирта.

Материалы и оборудование: сухие или свежие листья растений; ступка с пестиком; чистый песок; СаСО3; 96%-ный этиловый спирт; вазелин; фильтры; воронки; стеклянные палочки; мерная колба на 50 мл; ножницы; весы.

Ход работы. Листья измельчают и помещают в ступку, куда на кончике скальпеля добавляют СаСО3 для нейтрализации клеточного сока и немного песка, тщательно растирают. Затем добавляют спирт (около 10-12 мл) и продолжают растирать до получения темно-зеленой однородной мас-

90