Тема: Физиология растительной клетки (стр. 1 )

ТЕМА: ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

ВОПРОСЫ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ

1.  Физиология растений: предмет, цель и задачи. Связь физиологии растений с другими науками и ее место среди них.

2.  История развития физиологии растений.

3.  Методы и методологические подходы физиологии растений.

4.  Организация растительной клетки; ее сходство и различие с животной клеткой.

5.  Клеточная стенка: состав, свойства и функции.

6.  Ядро: строение и функции.

7.  Вакуоль: состав, строение и функции.

8.  ЭПР: виды, строение и функции.

9.  Микротельца: виды, строение и выполняемые функции.

10.  Митохондрия: строение, свойства и функции.

11.  Пластиды: типы пластид, их строение и функции.

12.  Организация, свойства и функции клеточных мембран.

Работа 1. Сравнение проницаемости мембран живых и мертвых клеток

В вакуолях клеток корнеплода столовой свеклы содержится бетацианин – пигмент, придающий ткани корнеплода окраску. Тонопласты живых клеток не проницаемы для молекул этого пигмента. После гибели клеток тонопласт теряет свойство полупроницаемости, становится проницаемым, молекулы пигмента выходят из клеток и окрашивают воду.

Цель работы: изучить функциональные особенности мембран живых клеток.

Материалы и оборудование: микроскоп, предметные и покровные стекла, стеклянная палочка, скальпель, пробирки, штатив для пробирок, фильтровальная бумага, спиртовка, 30%-ный раствор уксусной кислоты.

Растения: корнеплод столовой свеклы, луковица лука репчатого.

Ход работы

Корнеплод свеклы после удаления покровных тканей разрезают на кубики (сторона кубика 5 мм) и тщательно промывают водой, чтобы удалить пигмент, вышедший из поврежденных клеток. Затем по одному кусочку опускают в три пробирки. В первую и вторую наливают по 5 мл воды, в третью – 5 мл 30%-го раствора уксусной кислоты. Первую пробирку оставляют для контроля. Содержимое второй кипятят 2-3 мин. Во второй и третьей пробирках, где клетки были убиты кипячением или кислотой, вода окрашивается, а в первой пробирке остается неокрашенной.

Задание: выявить различия в проницаемости мембран живых и мертвых клеток и сделать вывод о причинах этих различий.

Работа 2. Накопление красителей в вакуолях

Живая протоплазма не удерживает в цитоплазме витальные красители, а пропускает их в вакуоль, в результате чего вакуоль окрашивается в соответствующий цвет. С гибелью или повреждением клетки в связи с изменением структуры белков цитоплазмы красители задерживаются в самой цитоплазме и она приобретает соответствующую окраску. Окрашивание цитоплазмы и ядра витальными красителями – признак повреждения клетки.

Цель работы: изучить особенности накопления витальных красителей в живой и мертвой клетке.

Материалы и оборудование: раствор нейтрального красного (1:1000), 1М раствор KNO3, 10% раствор NH4OH, микроскоп, химические стаканы на 100 мл, предметные и покровные стекла, фильтровальная бумага, пинцеты, стеклянные палочки.

Растения: луковица лука репчатого с белыми чешуями.

Ход работы

Кусочек эпидермиса с вогнутой поверхности неокрашенного лука поместить в стакан со слабым (1:1000) раствором нейтрального красного на 20 мин, закрыть покровным стеклом и рассмотреть в капле воды под микроскопом сначала при малом, а потом при среднем увеличении. Отметить краску цитоплазмы, ядра и вакуоли.

Не снимая препарат со столика микроскопа, фильтровальной бумагой отсосать воду из-под покровного стекла и ввести под него каплю 1М раствора азотнокислого калия. Плазмолиз клеток, накопивших краску в вакуолях, указывает на то, что они живые. Малиновый цвет вакуолей свидетельствует о кислой реакции клеточного сока. Чтобы убедиться в этом, под покровное стекло помещают каплю аммиака. Окраска вакуолей тотчас же переходит в желтую. Аммиак – сильный яд, приводящий к гибели клеток. Докажите это, используя тест на плазмолиз. Отметьте, как окрашены вакуоли, цитоплазма и ядро в клетках после действия аммиака.

Задание: зарисуйте а) живые клетки лука, накопившие красители в вакуолях; б) клетки лука, плазмолизированные в азотнокислом калии; в) клетки лука при действии аммиака.

Сделайте выводы об особенностях накопления красителей в живых и мертвых клетках.

ТЕМА: ФОТОСИНТЕЗ

ВОПРОСЫ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

1.  Роль пигментов в фотосинтезе: пигменты-сборщики и пигменты-ловушки. Состав пигментных систем.

2.  Поглощение света и передача энергии возбуждения.

3.  Механизмы передачи энергии возбуждения между пигментами.

4.  Представление о фотосинтетической единице.

5.  Компоненты ЭТЦ хлоропластов (их природа, физико-химические свойства).

6.  Пути транспорта электронов: циклический, нециклический и псевдоциклический.

7.  Фосфорилирование: окислительное и фотосинтетическое.

8.  Регуляция ЭТЦ фотосинтеза.

9.  Преобразование энергии: химическая, механохимическая и хемиосмотическая теории.

10.  АТФ-синтаза: строение и функции.

11.  Синтез АТФ. Механизм действия АТФ-синтазы. Каталитический цикл.

12.  АТФазы: типы и функции.

13.  Ассимиляционная сила световой фазы фотосинтеза.

14.  Природа первичных акцепторов углекислого газа (углекислоты).

15.  Фиксация углекислого газа в цикле Кальвина-Бенсона, ключевые ферменты.

16.  Альтернативные пути фотосинтеза. Фиксация углекислого газа в цикле Хэтча-Слэка-Карпилова.

17.  Фотосинтез по типу толстянковых.

18.  Гликолатный цикл – фотодыхание.

19.  Первичные и конечные продукты фотосинтеза.

20.  Эволюция механизма концентрирования СО2.

Работа 1. Определение химических свойств пигментов листа

Хлорофиллы по своей химической природе являются сложными эфирами дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов – высокомолекулярного одноатомного спирта фитола С20Н39ОН и метилового спирта СН3ОН и представляет собой фетилметилхлорофиллиды.

COOCH3

Хлорофилл a MgN4OH30C32

COOC20H39

COOCH3

Хлорофилл b MgN4O2H28C32

COOC20H39

Обычно пигменты из растительной ткани извлекают полярными растворителями (этанолом, этиловым эфиром, ацетоном), которые нарушают связь хлорофиллов и каротиноидов с липопротеидами пластид и обеспечивают их полное экстрагирование из живых листьев. Из сухого растительного материала экстракцию ведут с добавлением воды, чтобы нарушить связи с молекулами белка. Неполярные растворители (гексан, петролейный эфир и др.) не нарушают связи этих пигментов с белками и потому 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.

Все хлорофиллы – вещества нестойкие. Извлеченные из листа они легко окисляются на воздухе.

Цель работы: ознакомиться с методами экстракции пигментов и с их химическими свойствами.

Материалы и оборудование: ступка с пестиком, воронка, фильтр, штатив с пробирками, стеклянные палочки, 2 колбы на 200 мл с обратным холодильником, баня, электроплитка, этанол, бензин, NaOH или KOH в кристаллах (или 20%-ый раствор NaOH), 10%-ый раствор соляной кислоты в капельнице, ацетат меди.

Растения: зеленые листья любых растений, сухие листья крапивы.

Ход работы

*Получение спиртового раствора (вытяжки) пигментов.

Для последующих работ с пигментами растений в основном используют спиртовой экстракт из листьев. Экстракт пигментов в количестве от 3 до 10 мл получают из живых листьев. Навеску листьев в 0,5-2 г размельчают и тщательно растирают в ступке с небольшим количеством спирта, добавляя его несколькими порциями. Осадок пропускают через складчатый бумажный фильтр для ускорения фильтрации. Экстракт пигментов используют в работе.

Для получения большого объема экстракта употребляют высушенные листья крапивы, которые помещают в коническую колбу вместимостью 200 мл и обваривают кипятком, затем воду сливают. В колбу приливают 100 мл этилового спирта, закрывают ее пробкой с обратным холодильником и ставят на 5 мин в баню с кипящей водой для экстрагирования пигментов. Затем содержимое колбы охлаждают, и раствор осторожно декантацией сливают через воронку со складчатым бумажным фильтром. Отфильтрованный раствор используют в последующих опытах. Хранить растворы пигментов следует в темноте в холодильнике.

*Омыление хлорофилла щелочью.

Обрабатывая хлорофилл щелочью, можно вызвать омыление эфирных групп, т. е. отщепление остатков метилового спирта и фитола:

COOC20H39

MgN4OH30C32 + 2NaOH →

COOCH3

COONa

MgN4OH30C32 + C20H39OH + CH3OH

COONa

Образующаяся при этом соль хлорофиллиновой кислоты сохраняет зеленую окраску и оптические свойства хлорофилла, но отличается от него большей гидрофильностью.

В пробирку с 2–3 мл спиртового раствора пигментов приливают 1 мл 20%-го раствора NaOH и взбалтывают. После смешивания экстракта со щелочью пробирку ставят в кипящую водяную баню. Как только раствор закипит, пробирку вынимают и охлаждают. К охлажденному раствору добавляют равный объем бензина и несколько капель воды для лучшего разделения смеси. Затем содержимое пробирки резко встряхивают и дают отстояться.