810

Опыт 2. Антагонизм ионов водорода и кальция. Готовят три раствора 0,002Н концентрации: HCl, CaCl2 и смесь растворов HCl и CaCl2 в соотношении 1:1. Растворы наливают в стеклянные банки или чашки Петри по 10-15мл и погружают в каждую из них по 8 – 10 листочков элодеи. Через 1,5-2 часа из каждого раствора вынимают по 4-5 листочков и плазмолизируют их одномолярным раствором сахарозы. Отсутствие плазмолиза является доказательством повреждѐнности клеток листьев элодеи.

Степень повреждения определяют путѐм подсчета числа живых и повреждѐнных клеток в поле зрения при большом увеличении. Полученные данные вносят в таблицу.

Опыт 3. В этом опыте токсическое действие ионов устанавливают по скорости экзосмоса окрашенного клеточного сока столовой свеклы или красной капусты (живая плазма клеточного сока не пропускает).

Ход работы Срезы столовой свеклы толщиной в 1-2мм (или красной капусты) одинаковые по величине, промывают

вводе и погружают в растворы:

1.HCl 0,001Н

2.HCl 0,001Н + CaCl2 0,0002Н

3.HCl 0,001Н + CaCl2 0,0005Н

4.HCl 0,001Н + CaCl2 0,001Н

5.HCl 0,001Н + CaCl2 0,002Н

Вышеуказанные растворы готовят из исходных растворов концентрации 0,005Н и разливают в пробирки по 5-

10мл.

Определяют скорость обесцвечивания срезов и устанавливают концентрацию кальция, обладающую наибольшим

171

антагонистическим действием по отношению к ионам водорода. Скорость обесцвечивания определяется визуально.

Вопросы для самоконтроля

1.Что понимают под антагонизмом ионов?

2.Какие растворы называются уравновешенными или физиологическими растворами?

3.Назовите естественные уравновешенные растворы?

4.Как с помощью опыта продемонстрировать влияние антагонизма ионов на рост растений?

Работа 60. Определение объѐма корневой системы и общей адсорбирующей и рабочей поглощающей поверхности корня

Вводные пояснения. Наиболее важным показателем развития корневой системы является еѐ величина и поглощающая поверхность. Общая адсорбционная поверхность корней складывается из деятельной, или рабочей, поглощающей и недеятельной, или нерабочей поверхности. Под рабочей поверхностью корня подразумевается та часть еѐ поверхности, которая адсорбирует вещества из окружающей среды, а затем десорбирует их во внутренние клетки корня. Нерабочей поверхностью является та часть поверхности корня, которая адсорбирует вещества, но не передаѐт их во внутренние клетки корня. Эта поверхность адсорбирует вещества только мономолекулярным слоем, поэтому очень быстро наступает предел поглощения вещества из раствора.

В качестве адсорбируемого вещества, которое легко адсорбируется на поверхности корня и является безвредным для клеток, обычно используют метиленовый синий.

Экспериментально установлено, что 1мг метиленового синего при мономолекулярной адсорбции покрывает 1,05 м2 поверхности адсорбента. Поэтому, зная концентрацию раствора метиленового синего до погружения в неѐ корней и после погружения, можно вычислить, какое количество мг метиленового синего адсорбировалось на корневой системе исследуемого растения, и, перемножив величину на 1,05 м2, определить поглощающую поверхность корня.

172

Установлено, что при погружении корней в раствор метиленового синего последний через 1,5мин начинает появляться внутри только первого слоя клеток. При двукратном погружении корней в раствор метиленового синего происходит адсорбция краски на деятельной и недеятельной поверхности корня. При третьем полутораминутном погружении корня в раствор метиленовый синий поглощается она только деятельной поверхностью корня, которая за это время десорбирует во внутренние клетки корня ранее адсорбированный метиленовый синий.

Следовательно, изменение концентрации краски в первых двух растворах даѐт возможность определить общую поверхность корневой системы, а результаты третьего определения дают представление о величине рабочей поглощающей поверхности корня. Концентрацию метиленового синего определяют колориметрически.

Цель работы. Провести определение объема корневой системы у 5-7 дневных растений кукурузы, ее общей адсорбционной и рабочей адсорбирующей поверхности методом Д.А. Сабинина и И.И. Колосова.

Материалы и оборудование: объѐмометр Д.А. Сабини-

на и И.И. Колосова; бюретка; пробка с отверстием в центре и разрезанная пополам; вата; нитки; стаканчик с дистиллированной водой; пипетка с отрезанным носиком; раствор метиленового синего в концентрации 0,0002Н (0,064мг/мл); три химических стакана на 100 – 150мл; 7 – 10 дневные растения с хорошо развитой и отмытой корневой системой (кукуруза, злаковые и т.п.); колориметр.

Ход работы. 1. Определение объѐма корневой систе-

мы. Для измерения объѐма корневой системы используют объѐмометр, состоящий из цилиндра, дно которого соединяется резиновой трубкой с пипеткой с отрезанным носиком и делениями на 0,01мл (рис. 30). В цилиндр наливают воду в количестве, достаточном для погружения измеряемой кор-

173

невой системы, а пипетку устанавливают на такой высоте, чтобы мениск воды показался у края градуированной части пипетки, обращенной к каучуковой

сти прибора в цилиндр добавляют несколько капель воды. Если мениск в пипетке передвигается плавно, можно начинать определение.

Для работы лучше всего использовать корни растений, выращенных в водных культурах на различных питательных средах. У 20-30 проростков злаков отрезают зерновки. Проростки собирают в пучок так, чтобы корневые шейки у всех растений были на одном уровне. Фильтровальной бумагой удаляют с корней прилипшие капли воды. Отмечают положение мениска (А1) в пипетке объѐмометра и погружают корни в цилиндр.

174

Уровень жидкости в цилиндре повысится, мениск в пипетке сдвинется до положения (А2). После этого корни вынимают из цилиндра, дают стечь воде с корней в цилиндр и, не меняя наклона пипетки, доливают в цилиндр воду, пока мениск в пипетке не займѐт вновь положение (А1). Снова погружают корни в цилиндр и определяют положение мениска (А2). Вынув корни, устанавливают мениск в положение А1. Затем приливают в цилиндр из бюретки или градуированной пипетки такое количество воды, при котором мениск дойдѐт до положения А2. Прилитый объѐм воды равен объѐму измеряемых корней. Во время всех операций положение пипетки в приборе должно оставаться постоянным, т.к. малейшее прикосновение к пипетке может изменить еѐ наклон, что приведѐт к грубой ошибке при определении.

Измерения проводят не менее 3х раз, вычислив среднюю величину. Результаты записывают в таблицу:

По окончании работы снять пипетку, промыть еѐ хромовой смесью, а затем водой. Вылить воду из цилиндра и вымыть его. Корни перенести в стакан с водой и сохранить для следующей работы.

2. Определение общей и рабочей адсорбирующей по-

верхности корней. Налить в три стакана одинаковое количество 0,0002Н раствора метиленового синего. Объѐм раствора в стаканах должен быть в 10 раз больше объѐма корневой системы. Стаканы необходимо пронумеровать. Записать объѐм налитого раствора в таблицу.

175

Результаты колориметрирования.

Корни, извлеченные из сосуда с водой, осторожно обсушить фильтровальной бумагой и последовательно погрузить в три стакана с метиленовым синим на 1,5 минуты в каждый. При этом необходимо растворы перемешивать, осторожно поворачивая корни.

Затем при помощи колориметра определяют концентрацию метиленового синего в стаканах после пребывания в них корней, используя в качестве стандартного раствора исходный раствор метиленового синего, разбавленного в 10 раз (1 часть раствора + 9 частей дистиллированной воды). Опытные растворы также необходимо развести в 10 раз. Результаты колориметрирования записывают в таблицу. Молекулярная масса метиленового синего равна 373,68. Раствор краски в концентрации 0,0002 нормальности содержит

0,084мг на 1мл.

Для определения концентрации растворов метиленового синего после полутораминутного выдерживания в них корней необходимо построить калибровочный график. Для этого в сухих колбах готовят серию (не менее 4-х) разведений стандартного раствора и колориметрируют. На миллиметровой бумаге вычерчивают систему координат, откладывая на оси абсцисс концентрацию растворов, а по оси ординат – показания колориметра (оптическую плотность). Если растворы приготовлены точно, то все точки окажутся лежащими на одной прямой, которую и вычерчивают.

Для определения концентрации испытуемого раствора на оси ординат необходимо найти соответствующую точку. Провести от неѐ горизонтальную линию до пересечения с графиком и опустить перпендикуляр на ось абсцисс.

176

Расчѐт поверхности корня. Умножая объѐм раствора в стакане на концентрацию соответствующего раствора, вычислить количество метиленового синего до и после поглощения корней, а по разности полученных величин – количество краски, адсорбированной корневой системой. Поглощение метиленового синего в первых двух стаканах характеризует общую адсорбирующую поверхность корня, поглощение в третьем стакане – рабочую поверхность.

Умножая количество мг поглощенной краски на 1,1, получаем величину поверхности в квадратных метрах. Полученные результаты занести в таблицу:

Вопросы для самоконтроля

1.Как с помощью объѐмометра, определить объем корневой системы растения?

2.Что относится к общей адсорбирующей и рабочей поглощающей поверхности корня растений?

3.Как объяснить, почему в качестве адсорбируемого вещества при определении общей адсорбирующей и рабочей поглощающей поверхности корня используют метиленовый синий?

4.Почему при определении общей адсорбирующей поверхности корня его следует погружать в раствор метиленового синего дважды по 1,5 минуты, а для определения рабочей поглощающей поверхности – трижды по 1,5 минуты?

Работа 61. Обнаружение нитратов в растении

Вводные пояснения. Соли азотной кислоты (нитраты), поглощаемые корнями из почвы, восстанавливаются в растении до аммиака через ряд этапов, каждый из которых катализирует особый фермент. Аммиак связывается кетокислотами (пировиноградной, щавелевоуксусной, α- кетоглутаровой), образуя в процессе аминирования амино-

177

кислоты – аланин, аспарагиновую, глутаминовую и др. Сказанное можно представить в виде следующей схемы:

Реакция аминирования кетокислот:

NH3+CH3COCOOH+2H+→CH3CHNH2COOH+H2O

При достаточном 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 и подняться с восходящим током к листьям, где и происходит их восстановление.

Определение содержания нитратов в различных органах растений (в отжатом соке) позволяет судить о восстановлении нитратов в корнях: чем меньше обнаружится ионов NO3¯ в соке, тем полнее происходит этот процесс в клетках корня.

Для обнаружения нитратов можно использовать реакции с дифениламином, который в присутствии иона NO3¯ образует синюю анилиновую краску. По интенсивности посинения можно приблизительно судить о количестве нитратов в исследуемом объекте.

Цель работы. Определить содержание нитратов в различных органах растений.

Материалы и оборудование: молодые растения куку-

рузы или пшеницы с корнями; предметные стекла; стеклянные палочки; 1% раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте.

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

178

разных условиях – на свету и в тени, до и после подкормки минеральными удобрениями и повышенными дозами азотных удобрений.

Результаты записать в таблицу, оценивая посинение по пятибалльной системе:

Вопросы для самоконтроля

1.Каким изменениям подвергаются соли азотной кислоты (нитраты), поглощаемые корнями растений из почвы?

2.В каких органах растений при достаточном содержании растворимых углеводов и высокой активности ферментов происходят превращения нитратов в аммиак, которые затем превращаются в аминокислоты?

3.При каких условиях указанные превращения нитратов происходят в листьях растений?

4.В каких органах исследованных растений восстанавливались нитраты?

Вопросы и задачи по теме «Минеральное питание»

1. В каких частях дерева наблюдается более высокое процентное содержание золы: а) в древесине или в листьях? б) в молодых или старых листьях? Как объяснить эти различия?

2.Как происходит поглощение минеральных веществ корнями из почвы? Какова роль обменной адсорбации в этом процессе?

3.Что такое физиологически кислые и физиологически щелочные соли? Приведите примеры.

4.Как установить необходимость того или иного элемента для жизни растений?

5.Перечислите необходимые растению элементы, указав, какие из них являются макроэлементами и какие микроэлементами?

6.Споры плесневого гриба были внесены в питательную среду, содержащую сахар и различные соли, в состав которых входили азот, сера, калий, магний, железо и микроэлементы. Несмотря на то, что внешние условия были вполне благоприятными, рост гриба наблюдался только в течение первых двух дней, а затем прекратился. Как объяснить полученный результат?

179

7.Как вырастить растения без почвы? Какие условия необходимо при этом соблюдать?

8.Почему не следует практиковать сбор опавшей листвы в лесу?

9.Какое значение имеет азот в жизни растений? Перечислите формы почвенного азота и укажите, какие из них являются пригодными для питания растений?

10.У каких растений имеются на корнях клубеньки? Как происходит образование этих клубеньков?

11.Что такое ―зелѐное удобрение‖? С какой целью его применя-

ют?

12.Каковы взаимоотношения между бобовыми растениями и клубеньковыми бактериями?

13.Какие бактерии называются азотофиксирующими? Приведите примеры бактерий, относящихся к этой группе.

14.Что такое бактериальные удобрения? Приведите примеры.

15.Что такое нитрагин? Для каких растений и с какой целью его применяют?

16.Каким изменениям подвергаются нитраты и аммонийные соли после их поступление в растение? В каких органах происходят эти превращения?

17.К соку, отжатому из стебля, черешка и листовой пластинки, был добавлен раствор дифениламина в крепкой серной кислоте. Ни один из перечисленных объектов не дал посинения, несмотря на то, что почва, на которой выращивались растения, была богата нитратами. Какой вывод можно сделать на основании полученных результатов?

18.Как осуществляется в почве перевод нерастворимых в воде солей в растворимые?

19.Какое влияние оказывает на растение рН почвенного раствора?

20.Какое количество сернокислого аммония нужно внести в вегетационный сосуд, содержащий 2,7кг почвы, исходя из нормы 0,08г азота на 1кг почвы?

21.Д.Н. Прянишников, изучавший влияние различных фосфорных удобрений на разные растения, установил, что урожай люпина повышался примерно одинаково как при внесении фосфорита, так и при внесении фосфата, тогда как белая акация усиливала свой рост только при удобрении фосфатом, а при внесении фосфорита росла почти так же плохо, как и без удобрений. Как объяснить результаты описанного опыта?

180