Физиология растений (стр. 8 )

Круговорот азота в природе: биологическая азотфиксация, аммонификация, нитрификация и денитрификация. Свободноживущие, симбиотические и ассоциативные азотфиксаторы. Круговорот азота в растениях: восстановление нитратов, катионы аммония – первичные амиды, реутилизация азота. Физиологическая роль серы и фосфора, пути и формы поступления в растения, круговороты в природе.

Физиологическая роль макро - и микроэлементов, признаки недостаточности и пути их устранения. Физиологические основы применения удобрений.

Работа 1

МИКРОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗОЛЫ

Зола, получаемая при сжигании растений, содержит большое количество микроэлементов, среди которых различают макроэлементы (фосфор, сера, калий, кальций, магний) и микроэлементы (железо, медь, цинк, марганец, молибден, бор и ряд других).

Для изучения химического состава золы можно использовать микрохимический метод, для которого требуется небольшое количество материала.

Ход работы. Насыпать в пробирку небольшое количество золы и залить ее примерно четырехкратным объемом 10 % HСl. Отфильтровать полученный раствор в чистую пробирку через мелкий фильтр. Провести на предметных стеклах реакции на Са, Mg, P и Fe. Для этого тупым концом стеклянной палочки нанести на предметное стекло маленькую каплю вытяжки и на расстоянии 4–5 мм от нее – каплю соответствующего реактива. Затем заостренным концом стеклянной палочки соединить капли дугообразным каналом. В месте соединения произойдет реакция, причем по краям канала будет наблюдаться быстрая кристаллизация продуктов реакции (рис. 3). Рассмотреть образующиеся кристаллы в микроскоп. Стеклянные палочки вымыть и вытереть фильтровальной бумагой.

Рис. 3. Кристаллы сульфата кальция

Реактивом на кальций служит 1 % серная кислота. При этом хлористый кальций, содержащийся в вытяжке, реагирует с кислотой по уравнению: CaCl2 + H2SO4 = CaSO4 + 2НСl.

Образующийся гипс осаждается в виде игольчатых кристаллов.

Образуется фосфорно-аммиачно-магнезиальная соль, кристаллизующаяся в виде прямоугольников, крышечек, звезд или крыльев (рис. 4), в результате реакции: MgCl2 + NaHPO4 + NH3 = NH4MgPO4 + 2NaCl.

Для обнаружения магния к капле испытуемого раствора следует сначала добавить каплю раствора аммиака, а затем соединить канальцем с реактивом, которым служит 1 % раствор фосфорнокислого натрия.

Для обнаружения фосфора соединить каплю вытяжки с 1 % раствором молибдата аммония в азотной кислоте (рис. 5). Получается зеленовато-желтый осадок фосфорно-молибденового аммиака:

H3PO4 + 12(NH4)2MoO4 + 21HNO3 = (NH4)3PO4·12MoO3 + 21NH4NO3 + 12H2O.

Рис. 4. Кристаллы фосфорноаммиачномагнезиальной соли	Рис. 5. Кристаллы фосфорномолибденовокислого аммония

Железо можно обнаружить с помощью раствора желтой кровяной соли. В результате реакции образуется берлинская лазурь. Реакцию на железо рекомендуется проводить в пробирке: к остатку зольной вытяжки добавлять по каплям раствор желтой кровяной соли до появления синей окраски.

4FeCl3 + 3K4[Fe/CN/6] = Fe4[Fe/CN/6]3 + 12КСl.

Результаты оформить в виде рисунков кристаллов гипса, фосфорно-молибденового аммиака. Записать уравнения реакций.

Работа 2

ОБНАРУЖЕНИЕ НИТРАТОВ В РАСТЕНИЯХ

Соли азотной кислоты (нитраты), поглощаемые корнями из почвы, в растении восстанавливаются до аммиака, который связывается кетокислотами (пировиноградной, щавелевоуксусной, α-кетоглутаровой), образуя в процессе аминирования так называемые первичные аминокислоты – аланин, аспарагиновую и глутаминовую. Другие аминокислоты образуются путем переаминирования. Значительная часть аммиака связывается также в процессе аминирования.

При достаточно высоком содержании растворимых углеводов и высокой активности соответствующих ферментов перечисленные биохимические процессы происходят в корнях. Однако часть нитратов (нередко весьма значительная) может пройти через паренхиму корня в неизменном виде. В этом случае нитраты поднимаются с восходящим током к листьям, где и происходит их восстановление.

Для обнаружения нитратов можно использовать реакцию с дифениламином, который в присутствии иона дает синюю анилиновую окраску. По интенсивности посинения можно приблизительно судить о количестве нитратов в исследуемом объекте.

Ход работы. Поместить на белую тарелку кусочки черешка и листовой пластинки какого-либо растения. Размять эти кусочки стеклянной палочкой (палочку каждый раз споласкивать чистой водой и вытирать) и облить раствором дифениламина в крепкой серной кислоте. Исследовать 2–3 растения разных видов. Желательно провести также анализы растений одного вида, произраставших в различных условиях.

Результаты записать в таблицу, оценивая посинение по пятибалльной системе.

Название растения	Условия	Количество нитратов
в черешке	в листовой пластинке

В выводах указать:

1. В каких органах исследованных растений происходило восстановление нитратов.

2. Как влияют внешние условия на содержание нитратов в листьях.

Работа 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ

Для измерения корней применяется объемомер, состоящий из цилиндра, дно которого соединяется каучуковой трубкой с пипеткой с делениями на 0,01мл. В цилиндр наливается вода в количестве, достаточном для погружения измеряемой корневой системы, а пипетка устанавливается на такой высоте, чтобы мениск воды показался у края градуированной части пипетки, обращенной к каучуковой трубке. Чувствительность прибора определяется углом наклона пипетки: чем ближе к горизонтальному направлению расположена пипетка, тем чувствительнее прибор.

При погружении в воду исследованных корней уровень жидкости в цилиндре повысится, вызвав сдвиг мениска в пипетке. Вынимают корни из цилиндра и определяют их объем по количеству воды, которое нужно долить, чтобы вызвать такой же сдвиг мениска в пипетке.

Ход работы. Для исследования берут корни растений, выращенные в водной культуре, или корни, извлеченные из почвы и тщательно отмытые от комочков почвы путем погружения на несколько часов в 3 % раствор перекиси водорода. Если исследуют проростки злаков, то необходимо срезать с них остатки зерновок.

Собрать прибор и заполнить его кипяченой водой (рис. 6).

Рис. 6. Прибор и для определения объема кор­ня: 1 –цилиндрический сосуд; 2 – оттянутый конец; 3 – каучуковая трубка; 4 – градуированная пипетка; 5 – пробка; А – исходный уровень воды в ци­линдре; В – уровень воды в цилиндре после погружения корней; А’ – ис­ходное положение мениска в пипетке; В’ – положение мениска в пипетке после погружения

Взять несколько растений и собрать их в пучок так, чтобы корневые шейки находились на одном уровне. Укрепить пучок с помощью ваты в отверстии разрезанной пополам пробки и перевязать обе половинки пробки ниткой. Удалить с корней капли воды влажной фильтровальной бумагой.

Отметить исходное положение мениска в пипетке (1), погрузить в цилиндр корневую систему и отметить второе положение мениска (2). Вынуть корни из цилиндра и перенести их в стакан с водой (это делается для того, чтобы корни для последующего определения не подвяли).

При извлечении корней из прибора с ними неизбежно уносится какое-то количество воды, которое необходимо восполнить, доливая в цилиндр столько воды, чтобы мениск пипетки вновь занял положение 1 (объем воды, израсходованный для этой цели не учитывается).

Долить бюретку до нулевого деления. Осторожно, по каплям добавлять воду из бюретки в цилиндр до тех пор, пока мениск в пипетке не дойдет до положения 2. Записать объем прилитой воды, который равен объему измеряемых корней.

Во время операций положение пипетки в приборе должно оставаться постоянным (малейшее прикосновение к пипетке может изменить ее наклон, что приведет к грубой ошибке).

Проделать определение 3 раза и вычислить среднюю величину. Результаты записать в таблицу.

Объект	Количество растений	Номер определений	Отсчет по пипетке	Количество прилитой воды	Объем корневой системы одного растения, мл
1	2
		1
		2
		3

По окончании работы снять пипетку, обезжирить ее хромовой смесью и тщательно промыть водой. Вылить воду из цилиндра и вымыть его.

Работа 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ И РАБОЧЕЙ АДСОРБИРУЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОРНЕЙ

Способ определения адсорбирующей поверхности корней, предложенный и , основан на представлении об адсорбционном характере начального этапа поглощения веществ корнями растений. Определить поглощающую поверхность корней можно по адсорбции ими какого-либо иона, допуская, что при этом происходит равномерное покрытие поверхности корней мономолекулярным слоем адсорбируемого вещества. В качестве адсорбирующего вещества служит метиленовая синь, поглощение которой можно точно определить колориметрически по изменению концентрации опытного раствора. При этом известно, что 1 мг метиленовой сини при мономолекулярной адсорбции покрывает 1,1 мг поверхности адсорбента.

При погружении корней в раствор метиленовой сини она через 1,5–2 мин появляется внутри первого слоя клеток. установил, что при двукратном полутораминутном погружении корневой системы в раствор метиленовой сини концентрации 0,0002М происходит адсорбционное насыщение как деятельной, так и недеятельной поверхности корневой системы.