Физиология растений (стр. 6 )

Основные термины и понятия,
необходимые для изучения

Метаболизм; анаболизм и катаболизм; биологическое окисление; дыхание и брожение (генетическая связь); энергетическая валюта клетки.

Пути дыхательного обмена; дыхательный коэффициент; анаэробная и аэробная фазы дыхания; дихотомический и апотомический пути окисления глюкозы; фазы гликолиза; субстратное фосфорилирование; окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты; цикл ди - и трикарбоновых кислот (цикл Кребса), накопление восстановительного потенциала в виде восстановленных коферментов; дыхательная ЭТЦ, окислительное фосфорилирование; хемиосмотическая теория сопряжения Митчелла; структура и принцип работы АТФ-синтазного комплекса (ротационный механизм); энергетический выход аэробного и анаэробного путей дыхания.

Окислительный пентозофосфатный путь дыхания, физиологическое значение, энергетический выход.

Глюконеогенез; глиоксилатный цикл как составная часть глюконеогенеза.

Интенсивность дыхания; эндогенная регуляция дыхания; экзогенная регуляция дыхания; эффект Пастера.

Работа 1

ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕГИДРОГЕНАЗ В РАСТЕНИЯХ

Основными ферментами, катализирующими процессы переноса протонов и электронов от донора к акцептору, являются дегидрогеназы (ферменты из класса оксидоредуктаз). В настоящее время известно более 150 видов дегидрогеназ, подразделяющихся на аэробные дегидрогеназы (работают в присутствии кислорода) и анаэробные.

Для демонстрации механизма работы дегидрогеназ в процессе дыхания можно использовать модельный лабораторный эксперимент, в котором в качестве донора протонов служат органические вещества в составе растительного материала, а акцептором – метиленовая синь, которая при восстановлении переходит в бесцветную лейкоформу:

R-H2 + M = R + M-H2,

где R-H2 – восстановленная форма субстрата;

М – метиленовая синь;

R – окисленный субстрат;

M-H2 – лейкоформа метиленовой сини.

В аэробных условиях при соприкосновении восстановленной лейкоформы метиленового красителя с кислородом происходит ее самопроизвольное окисление до исходной формы и сине-фиолетовое окрашивание красителя восстанавливается: 2М-Н2 +
+ О2 = 2М + 2Н2О. В данной реакции дегидрогеназы не участвуют.

Ход работы

1. Очистить от кожуры 10 наклюнувшихся семян гороха, разделить их на семядоли и поместить в фарфоровую чашку.

2. Вырезать из клубня картофеля 10 одинаковых кусочков и поместить во вторую фарфоровую чашку.

3. В первую пробирку поместить 5 кусочков клубня картофеля, во вторую – 10 семядолей гороха. В обе пробирки налить воды и в течение 3 мин прокипятить над пламенем спиртовки для дезактивации дегидрогеназ (эту операцию можно провести в колбах на электроплитке). Затем воду из пробирок слить и остудить материал до комнатной температуры.

4. В третью и четвертую пробирки поместить оставшийся растительный материал. Во все четыре пробирки налить раствор метиленовой сини и оставить на 10 мин.

5. Затем раствор красителя аккуратно слить из пробирок в колбочку. Тщательно промыть материал в пробирках под краном.

6. Промытый растительный материал залить до краев пробирок дистиллированной водой и закрыть пробками (во избежание контакта с кислородом воздуха). Затем поставить пробирки в водяную баню при температуре 25–30 °С и следить за изменением окраски (обесцвечиванием окрашенного материала) в течение 15–20 мин.

7. Аккуратно слить из пробирок всю воду и высыпать растительный материал в фарфоровые чашки. Наблюдать за восстановлением синего окрашивания под действием кислорода воздуха.

8. Результаты наблюдений занести в таблицу, проанализировать полученные результаты и объяснить изменение окраски растительного материала.

Вариант опыта	Окраска материала
после выдерживания в красителе	после выдерживания в водяной бане	при выдерживании на воздухе
Картофель (кипячение)
Горох (кипячение)
Картофель (без кипячения)
Горох (без кипячения)

Работа 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ДЫХАНИЯ
(ПО БОЙСЕН-ЙЕНСЕНУ)

Интенсивность дыхания можно определить по количеству углекислого газа, выделяемого при дыхании единицей массы (1 г) в единицу времени (1 ч) в соответствии с общим уравнением:

С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + 674 ккал.

Метод основан на учете углекислого газа, выделяемого в процессе дыхания растением, находящимся в замкнутом сосуде. Указанным методом можно определить интенсивность дыхания покоящихся и прорастающих семян, изучить влияние температуры на дыхание и др.

Ход работы. Опыт проводится в конических колбах объемом 300 мл. Перед опытом 3 колбы в течение 15–20 мин держать открытыми. Затем их одновременно закрыть пробками, в которых имеются отверстия, закрытые стеклянными палочками. Одна колба является контрольной для учета СО2, содержащегося в воздухе до опыта, в две другие поместить семена. Вынув стеклянные палочки из пробок, в колбы налить по 20 мл 0,02N раствора Ва(ОН)2 и 2–3 капли фенолфталеина. Затем колбы быстро закрыть. Приоткрыв опытные колбы, поместить туда марлевые мешочки с навесками (4–5 г) семян пшеницы, ржи или ячменя. Мешочки подвесить на проволочные крючки, имеющиеся на внутренних сторонах пробок. Колбы плотно закрыть и поставить в определенные условия: при комнатной температуре или в термостат. При работе с зелеными частями растений колбы надо поместить в темноту.

Для того чтобы на поверхности жидкости не образовывалась пленка ВаСО3, колбы периодически осторожно встряхивать. Через 30 мин мешочки с семенами быстро вынуть, и колбы снова закрыть пробками. Контрольную колбу также приоткрыть на несколько секунд. За время опыта в колбах, содержащих семена, углекислый газ, выделяющийся при дыхании, реагирует с баритом по уравнению:

Ва(ОН)2 + СО2 = ВаСО3 + Н2О.

Избыток едкого бария, а его должно остаться не меньше половины, титровать раствором НСl (0,2N) до исчезновения розовой окраски. Разность между объемом раствора НСl, пошедшим на титрование барита в контрольной и опытных колбах, умноженная на 0,44 мг – количество СО2, которому соответствует 1 мл раствора Ва(ОН)2 (0,02N) – покажет количество углекислого газа, которое выделили семена при дыхании. Высчитать интенсивность дыхания в миллиграммах СО2, выделенного 1 г семян за 1 ч. Перед работой необходимо проверить титр раствора барита по соляной кислоте.

Результаты опыта занести в таблицу:

Вариант пробы	Вес пробы, г	Прилито Ва(ОН)2	На титрование пошло НСl, мл	Связано Ва(ОН)2, мл	Интенсивность дыхания, мг СО2 в час на 1 г семян

Работа 3

ПОТЕРЯ СУХОГО ВЕСА
ПРИ ПРОРАСТАНИИ СЕМЯН

Интенсивность дыхания определяют, измеряя количество поглощенного клетками кислорода или выделенной углекислоты, или окисленного органического вещества. Наиболее удобный объект для учета количества израсходованных на дыхание органических веществ – прорастающие семена. Проращивание ведут в темноте на влажных опилках, т. е. в условиях, исключающих возможность как почвенного, так и воздушного питания. По истечении определенного времени проростки высушивают и взвешивают. Для определения исходного сухого веса необходимо использовать другую порцию таких же семян, поскольку высушивание при высокой температуре убивает зародыши и делает семена невсхожими.

Ход работы. Поместить на чашку весов 10 здоровых и по возможности одинаковых семян и уравновесить их второй порцией из 10 таких же семян. Одну порцию поместить на 1–2 ч в сосуд с небольшим количеством воды, чтобы вызвать набухание семян. Вторую порцию семян взвесить, поместить в бюкс, высушить при температуре 100–150 ºС, ох ладить в эксикаторе и определить абсолютно сухой вес.

Наполнить стакан, снабженный этикеткой, влажными и отжатыми от избытка воды опилками, отсыпать часть опилок, разложить набухшие семена и покрыть их сверху опилками, которые следует слегка уплотнить. Поместить стакан в темноту и ежедневно поливать водой.

Через неделю извлечь проростки из опилок (чтобы не повредить корни, в стакан следует налить воды), тщательно промыть корни, обсушить проростки фильтровальной бумагой и определить сырой вес. Поместить проростки в пакет из фильтровальной бумаги, высушить до абсолютно сухого веса и взвесить. Если проросли не все семена, то учитывают только проросшие, а затем пересчитывают результаты на то количество семян, которое было посеяно.

Результаты опыта занести в таблицу:

Вес 10 семян, г	Содержание воды в семенах, %	Вес 10 проростков, г	Содержание воды в проростках, %	Потеря сухого вещества
воздушно-сухой	абсолютно сухой	сырой	абсолютно сухой	г на 10 семян	% от исходного веса
за 7 суток	за 1 сутки

Сделать вывод о причинах изменения сырого и сухого веса при прорастании семян.

ЗАДАЧИ

1.  В две колбы налито одинаковое количество раствора Ва(ОН)2. Колбы плотно закрыты пробками с крючками, к которым подвешены марлевые мешочки с одинаковыми навесками проросших и непроросших семян. По истечении одинакового времени раствор в колбах протитровали соляной кислотой. На титрование какой колбы пойдет больше кислоты? Объясните.

2.  Интенсивность дыхания листьев определялась методом просасывания. Навеска листьев составляла 22 г, экспозиция 40 мин, количество раствора Ва(ОН)2 в поглотимл, взято на титрование 20 мл раствора, пошло на титрование 16 мл соляной кислоты. На титрование 20 мл исходного раствора барита пошло 18 мл HCl. Вычислить по приведенным данным интенсивность дыхания, если известно, что 1 мл HСl эквивалентен 2,2 мг СО2.