МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
СМОЛЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
Кафедра агрономии и экологии
Е.А. Савина, А.Г. Прудникова, Е.И. Положенцева
Рабочая тетрадь
С методическими указаниями по курсу
«Физиология растений»
для студентов-бакалавров по направлениям подготовки:
Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции»; 35.03.05. «Садоводство»
Ф.И.О. студента_________________________________________________
группа_________________________________________________________
направление подготовки__________________________________________
Смоленск 2015
УДК 581.1
ББК 28.57
Савина Е.А., Прудникова А.Г., Положенцева Е.И., Рабочая тетрадь с методическими указаниями по курсу «Физиология растений» Издательство Смоленской ГСХА, 2015 г. - 82 с.
Рабочая тетрадь предназначена для студентов бакалавров инженерно-технологического факультета СГСХА, обучающихся по направлению 35.03.04 «Садоводство» и 35.03.07 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции». Включает в себя описание основных методов исследования физиолого-биохимических показателей растений. Приведены указания по обработке и анализу экспериментальных данных, контрольные вопросы и задания в тестовой форме
Рецензент: кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии и основ сельского хозяйства ГОУ ВПО Смоленского государственного университета Е.М. Елагина
Рекомендовано к изданию решением методической комиссии ФГБОУ ВО
Смоленская ГСХА от 15 октября 2015 г протокол № 3
© Смоленская ГСХА, 2015
© Е.А. Савина,
© А.Г. Прудникова,
© Е.И. Положенцева, 2015
Экспериментальный метод - один из основных методов в физиологии и биохимии растений. Постановка опытов позволяет закрепить теоретические знания отдельных функций растительного организма, научиться устанавливать причинно-следственную связь между ними и условиями окружающей среды. Практикум позволяет студенту учиться самостоятельно приобретать знания в процессе работы с литературой при подготовке к занятиям и постановке опытов, делать выводы и обобщения, находить способы приложения теории к сельскохозяйственной практике.
Тетрадь является основным рабочим документом студента при выполнении лабораторно-практических занятий по физиологии и биохимии растений. Подготовка к очередному занятию должна начинаться с изучения лекционного материала, соответствующих разделов учебников и "Практикума по физиологии и биохимии растений". Перед началом занятий студент должен знать принцип метода, ход работы, расчеты, необходимые при выполнении эксперимента. Готовность студента к занятию контролируется преподавателем в начале занятий.
Полученные экспериментальные данные необходимо четко записывать в таблицы. Расчеты следует делать в рабочей тетради. Рисунки или графики, необходимые для оформления работы, следует выполнять цветными карандашами. В заключении работы следует провести анализ полученных результатов и сформулировать выводы. В конце занятий лабораторная работа сдается преподавателю. Небрежно выполненная и плохо оформленная работа переделывается. В конце каждой работы даны контрольные вопросы, по которым проводится опрос при сдаче работы.
В конце каждого раздела даны вопросы к коллоквиуму, на основании которых проводится устный опрос, тестовые задания.
РАЗДЕЛ 1. БИОХИМИЯ И ФИЗИОЛОГИЯ
РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Растительная клетка представляет собой открытую динамическую систему, которая обладает тремя важнейшими функциями: обменом веществ, обменом энергии и обменом информации. Структурной основой протопласта растительной клетки являются мембраны. Химической основой мембран служат белки и липиды. Живая цитоплазма обладает различными свойствами: избирательной проницаемостью, раздражимостью, плазмолиза, деплазмолиза и т.д.
Работа 1. Наблюдение плазмолиза и деплазмолиза.
Влияние анионов и катионов солей на форму и время плазмолиза.
Вводные пояснения. Плазмолиз —это процесс отставания цитоплазмы от стенок клетки, помещенной в раствор с большей концентрацией солей, чем концентрация клеточного сока (гипертонический раствор). В ходе плазмолиза изменяются очертания поверхности цитоплазмы: вначале поверхность цитоплазмы будет вогнутой (вогнутый плазмолиз), а затем становится выпуклой (выпуклый плазмолиз). Плазмолиз свидетельствует о том, что имеются различия в проницаемости клеточной стенки и цитоплазмы и, что самое главное, показывает, что цитоплазма жива.
Характер плазмолиза зависит от вязкости цитоплазмы; разности между осмотическим давлением внутриклеточной и внешней среды, химического состава и токсичности внешнего гипертонического раствора; характера и количества плазмодесм; размера, количества и формы вакуолей.
Время плазмолиза —период с момента погружения ткани растения в раствор плазмолитика до наступления выпуклого плазмолиза. Этот показатель может характеризовать вязкость цитоплазмы: чем больше время плазмолиза, тем выше вязкость цитоплазмы. Время плазмолиза определяют при изучении действия солей на цитоплазму.
Если плазмолизированную клетку снова поместить в воду, то происходит обратная картина: клетка всасывает воду, объем протопласта увеличивается; цитоплазма начинает плотно примыкать к стенке клетки. Переход плазмолизированной клетки под действием гипо- или изотонического раствора в нормальное состояние носит название деплазмолиза.
Различают уголковый, вогнутый, тонопластный, колпачковый, судорожный и выпуклый виды плазмолиза.
При уголковом плазмолизе цитоплазма отстает только по уголкам клетки. При вогнутом плазмолизе — цитоплазма становится угловатой, сохраняет в виде выступов те участки, которые более тесно связаны с клеточной стенкой. Длительный вогнутый плазмолиз можно получить, предварительно обработав клетки солями двухвалентных металлов, например кальция. Выпуклый плазмолиз быстро проявляется при низкой вязкости цитоплазмы, например при воздействии солями одновалентных металлов. В этом случае разбухшая цитоплазма в виде колпачка прикрывает сократившийся тонопласт. Выделяют также судорожный плазмолиз, подобный выпуклому, но отличающийся от него тем, что сохраняются цитоплазматические нити, соединяющие сжавшуюся цитоплазму с клеточной стенкой, и колпачковый плазмолиз, характерный для удлиненных клеток.
Окрашиванию цитоплазмы
При повреждении растительной ткани увеличивается сродство цитоплазмы к красителям. На этом основаны методы определения жизнеспособности семян по окрашиванию их зародышей витальными красителями. Жизнеспособными считаются те семена, зародыши которых не окрашиваются.
Материалы и оборудование. Семена гороха и пшеницы, 0,2% и 0,1% растворы индиго-кармина, 0,2% раствор кислого фуксина. Бюксы, фильтровальная бумага, бритвы, препаровальные иглы, цветные карандаши.
Ход работы:
Метод Нелюбова. Этим методом устанавливают жизнеспособность семян гороха, фасоли, люпина, конопли и тыквенных.
Берут 10-15 семян гороха, предварительно намачивают в течение 18 ч при 200С, освобождают от семенной оболочки, помещают в 0,2% раствор индиго-кармина на 2-3 ч при 300С. Затем краску сливают, промывают семена водой и устанавливают их жизнеспособность.
Семена с неокрашенными корешками и слабо окрашенными семядолями относят к жизнеспособным. Семена с полностью окрашенными корешками и семядолями признают нежизнеспособными.
Рисунки:
Метод Иванова. Для определения берут 10 зерновок пшеницы, предварительно намачивают в воде в течение 10 ч при комнатной температуре, разрезают бритвой вдоль бороздки пополам и помещают на 15 мин в 0,2% раствор кислого фуксина или 0,1% раствор индиго-кармина, налитый в стаканчик или бюкс. Краску смывают, промывают семена водой, размещают пинцетом на фильтровальной бумаге и определяют жизнеспособность. У жизнеспособных семян зародыши не окрашены, у мертвых или сильно поврежденных окрашены более или менее интенсивно.
Рисунки:
Выводы:
Контрольные вопросы:
1. Химический состав и структура элементарных клеточных мембран.
2. Свойства клеточных мембран.
3. Основные механизмы прохождения веществ различной химической природы через клеточные мембраны.
4.Каковы основные функции мембран в растительных клетках?
Записи при разборе темы:
Задания в тестовой форме по разделу
«Биохимия и физиология растительной клетки»
1. Полимерами, состоящими из нескольких десятков и даже сотен остатков молекул аминокислот, соединенных цепочкой, называют:
а) жиры; б) нуклеотиды; в) полисахариды; г) белки
2. Окисленными производными многоатомных спиртов (альдегидами или кетонами) являются:
а) аминокислоты; б) жиры; в) моносахариды; г) нуклеотиды
3. Какую структуру белка характеризует особенность укладки спирализованной пептидной цепочки в трехмерном пространстве (напр. в глобулу):
а) первичную; 6) вторичную; в) третичную; г) четвертичную
4. Водорастворимые белки:
а) глобулины; б) альбумины; в) протеины; г)проламины
5.Реакции типа АВС – АСВ катализируются ферментом класса:
а) трансферазы; б) оксидоредуктазы; в) изомеразы; г) гидролазы
6. Дыхание, т.е. окисление органических веществ и трансформирование их энергии в энергию АТФ происходит в:
а) ядре; б) митохондриях; в) хлоропластах; г) эндоплазматической сети
7.Мембранную систему, ограничивающую вакуоль от протоплазмы называют:
а) симпласт; б) протопласт; в) тонопласт; г) апопласт
8.Поддержание формы клетки и межклеточный транспорт воды и минеральных веществ осуществляет:
а) ядро; б) хлоропласты; в) эндоплазматическая сеть; г) клеточная оболочка
9. Синтез белка является функцией:
а) вакуоли; б) эндоплазматической сети; в) клеточной оболочки; г) рибосом
10. Синтез органических веществ из углекислоты и воды с помощью световой энергии является функцией:
а) ядра; б) митохондрий; в) хлоропластов; г) эндоплазматической сети
Задачи
Задача 1.
Найдите осмотическое давление 0,2 М раствора хлористого калия при 0 º С. Изотонический коэффициент данного раствора равен 1,8.
Решение: Используя формулу Вант-Гоффа для расчета осмотического давления
Р = С·Т· R · i ,
находим Рр-ра= 0,2М· 273К· 0,0821 · 1,8 = 8,06 атм.
Задача 2.
Растворы, имеющие осмотическое давление 8 и 9 атм., вызвали плазмолиз клеток
ткани, а в растворах, осмотическое давление которых равно 6 и 7 атм., плазмолиза не наблюдалось. Чему равно осмотическое давление клеточного сока?
Решение: Растворы, имеющие осмотическое давление 8 и 9 атм., являются для клетки гипертоническими (Рр-ра>Рклеток) и вызывают плазмолиз. Раствор с осмотическим давлением 6 атм является гипотоническим ( Рр-ра<Рклеток). Если расположить растворы в порядке убывания осмотического давления, то изотоническим для клетки будет раствор, имеющий значение осмотического давления , равное среднему арифметическому между значениям последнего из растворов, вызвавшего плазмолиз и первого из растворов , в котором плазмолиз не наблюдался
8+7 = 15 : 2 = 7,5атм.
Задача 3.
В 6 сосудов налиты растворы сахарозы, имеющие осмотическое давление: 1) 500, 2) 1000, 3) 1500, 4) 2000, 5) 2500, 6) 3000кПа. В эти растворы поместили полоски , вырезанные из картофельного клубня, длина которых до погружения составляла 40 мм. Через 30 мин длина полосок оказалась равной: 1) 42мм , 2) 40мм, 3) 38мм, 4) 35мм, 5) 35мм, 6) 35мм. Как объяснить совпадение результатов в трех последних растворах? Как объяснить результаты в первых четырех растворах?
Решение: 1) в первом случае длина полоски увеличилась, т. к. Sкл>Рр-ра; 2) во втором случае осталась прежней , т. к. Sкл=Рр-ра; 3) в третьем – уменьшилась, т. к. Sкл<Рр-ра; 4) в четвертом также уменьшилась, т. к. Sкл<Рр-ра; 5) в трех последних случаях осталась без изменения, т. к. с этого момента полного плазмолиза в клетке созданы осмотические условия , не позволяющие воде транспортироваться из клетки.
Задача 4.
Клетка погружена в раствор, осмотическое давление клеточного сока равно 700 кПа, наружного раствора – 500 кПа. Куда будет двигаться вода? (Разберите три возможных случая).
Решение:
1. Первый случай, когда клетка имеет максимальный тургор. Сосущая сила клетки в этом случае равна нулю. Сравниваем величину сосущей силы клеток и осмотического давления раствора Рр-ра. Т.к. Sкл<Рр-ра, то вода движется из клетки в раствор.
2. Второй случай, когда клетка находится в состоянии плазмолиза.
Тургор Т=0, =>=Р= 700кПа. Т.к. Sкл>Рр-ра, то вода движется из раствора в клетку.
3. Третий случай , когда 0 < S < P. Если S примет значения от 0 до 500 кПа, то вода будет двигаться из клетки , а если – от 500 до 700кПа − наоборот, в клетку.
Задача 5.
Клетка находится в состоянии полного насыщения водой. Осмотическое давлениеклеточного сока равно 8 атм. Чему равна сосущая сила и тургорное давление?
Решение:
Тургор максимальный, т. е. Т=Р= 8атм.,тогда S = 0.
Задачи для самостоятельного решения
1. Определите величину осмотического давления клеточного сока при температуре17 ºС, если известно, что изотонический для данной клетки раствор сахарозы имеет концентрацию 0,3М.
2. Кусочки картофельного клубня были измерены и погружены на 30 мин в растворы NaCl разной концентрации. Оказалось, что в 0,2М растворе длина куска не изменилась, в 0,3М растворе уменьшилась, а в 0,1М растворе увеличилась. Как объяснить полученные результаты?
3.Чему равна сосущая сила клеток, если известно, что при погружении в 0,3М раствор сахарозы размеры клеток увеличились, а в 0,4 М растворе остались без изменения? Опыт проводился при температуре 27 ºС.
4. Найти сосущую силу клеток, если известно, что в растворах, имеющих осмотическое давление 3 и 5 атм., размеры клеток увеличились, а в растворе, осмотическое давление которого 7 атм., произошло уменьшение объема клеток.
5. Одинаковые сеянцы пересажены в сосуды с растворами безвредных солей. Осмотическое давление раствора в первом сосуде равно 100кПа,во втором – 300 кПа, в третьем – 500 кПа, в четвертом – 700кПа. Как будет происходить всасывание воды сеянцами, если осмотическое давление клеточного сока корневых волосков этих растений составляет 500 кПа?
6.Две живые клетки соприкасаются друг с другом. Куда будет двигаться вода, если осмотическое давление клеточного сока у первой клетки равно 1000 кПа, а у второй – 800 кПа? (Разберите три возможных случая).
7. Клетка погружена в 0,3М раствор сахарозы. Куда будет двигаться вода, если известно, что осмотическое давление клеточного сока 10атм., тургорное давление 8атм., а температура раствора 15 ºС.
8.Клетка с осмотическим давлением клеточного сока 10атм. погружена в раствор КС1, осмотическое давление которого 20атм. Что произойдет с клеткой?
Вопросы для контрольной работы
1.Химический состав и строение клеточных стенок. Каковы их свойства и функции?
2. Что называют свободным пространством и в чем заключается его биологическая роль?
3. Что такое плазмодесмы и каковы их функции?
4. Что такое апопласт, симпласт и эндопласт? Какую роль они выполняют в регуляции биохимических процессов в растительном организме?
5. Почему мембрану называют универсальной структурной единицей клетки?
6. Объясните – почему клетку называют открытой термодинамической системой?
7. Какую роль в растительных клетках выполняют вакуоли?Как образуются хлоропласты и какова их роль в клетке?
8. Какими свойствами живой материи обладает клетка?
9. Какие основные способы регуляции внутриклеточных процессов Вам известны?
10. Каковы структурные особенности растительной клетки? Чем клетки животных отличаются от растительных клеток?
11. Какие экспериментальные методы, появившиеся в ХХ в., способствовали расширению структуре и функциях клетки? Каковы особенности этих методов?
12. Охарактеризуйте главные компоненты, входящие в состав клеточной оболочки, их химическую структуру, характер связей, возникающих между ними.
13. Как образуется клеточная оболочка? Каковы ее основные функции? Объясните, что такое эластическая и пластическая растяжимость.
14. Охарактеризуйте ультраструктуру и функции мембранных и не мембранных органелл клетки.
15. Отметьте особенности жидкостно-мозаичной структуры мембран. Почему она имеет такое название? Как особенности структуры мембраны связаны с выполняемыми функциями?
16. Опишите физиологические процессы и структуру ядра.
17. Как можно доказать роль ДНК как носителя наследственной информации? Какие структурные особенности ДНК определяют ее роль?
18. Какие главные различия в структуре и функциях ДНК и РНК? Какие типы РНК вам известны?
19.Что такое трансгенные растения? Как их получают и какое значение они имеют?
20. Дайте определение понятиям «диффузия» и «осмос». Чем определяется направление диффузии? Что такое водный потенциал клетки? Каковы его составляющие?
21. В каком состоянии клетки водный потенциал равен: а) осмотическому потенциалу; б) нулю?
22. Допустим, что осмотический потенциал клеточного сока равен – 15 бар. Рассчитайте, каков будет водный потенциал и потенциал давления этой клетки: а) при начинающемся плазмолизе; б) при полном тургоре.
23. Охарактеризуйте этапы поступления ионов в клетку. Каково их значение?
24. Отметьте роль транспортных белков и их типы.
25. Что такое симпорт и антипорт?
26. Что является источником энергии для процессов активного транспорта? Какова в этом роль транпортных АТФаз?
Давления клеточного сока
Вводные пояснения. Сформировавшаяся растительная клетка имеет большую вакуоль, содержащую водный раствор различных органических и минеральных веществ, от концентрации которых зависит осмотическое давление клеточного сока вакуоли. Давление, которое способен развивать раствор, всасывая воду через полупроницаемую мембрану, называется осмотическим. Величина осмотического давления раствора прямо пропорциональна его концентрации и абсолютной температуре.
Вант-Гофф установил, что осмотическое давление разбавленных растворов подчиняется газовым законам:
P= R*C*T*i, где
Р - осмотическое давление, кПа;
R — газовая постоянная 8,3144 Дж/(моль*К), если осмотическое давление рассчитывается в атмосферах(атм), то R= 0,0821 л*атм/(моль*К)
Т — абсолютная температура, К (2730+t0С комнатная);
С — изотоническая концентрация, моль*л-1;
i — изотонический коэффициент Вант-Гоффа, для неэлектролитов (например, сахарозы) i=1.
По современным требованиям, осмотическое давление, сосущая сила клеток, выражаются в паскалях (Па). 1Атм= 1,01*105Па=1,01*102кПа.
Величина осмотического давления клеточного сока характеризует устойчивость растений к почвенной засухе. Повышение этого показателя является критерием обезвоживания растений и необходимости полива.
Если растительная клетка помещена в воду или гипотонический раствор, концентрация которого ниже, чем концентрация вакуолярного сока, вода будет всасываться клеткой, и это приведет к увеличению объема клетки. При помещении клетки в гипертонический раствор концентрация и осмотическое давление которого выше, чем у клеточного сока, происходит выход воды из клетки в окружающую среду, и это приводит к уменьшению объема содержимого клетки и отделению протопласта от клеточной оболочки (плазмолиз).
Уменьшение объема содержимого растительной клетки может происходить не только при возникновении плазмолиза. Оно возможно и при быстром иссушении клеток, например, мякоти листа, в жаркое полуденное время. Протоплазма клеток, сокращаясь при этом в объеме, не отделяется от оболочки, а увлекает за собой внутрь клетки отдельные ее участки. Возникает циторриз.
При определении осмотического давления клеточного сока растительной клетки критерием служит начальный (уголковый) плазмолиз. Данный метод основан на поиске таких пограничных концентраций наружного раствора, один из которых вызывает начальный плазмолиз, а следующий (менее концентрированный) не вызывает плазмолиза. Концентрация изотонического раствора (раствор, осмотическое давление которого равно осмотическому давлению клеточного сока), равна среднему арифметическому между концентрациями этих пограничных растворов.
Определение осмотического давления в клетках клубней, луковиц, корневищ, листьев сельскохозяйственных культур используется в диагностике обеспеченности растений водой, оценке условий хранения, осмотическое давление в клетках луковицы репчатого лука, клубнях картофеля должно составлять 15-20 атм. Повышение осмотического давления более 20 атм свидетельствует о недостаточной влажности и может привести к пересыханию луковиц и корнеплодов, их увяданию. Осмотическое давление ниже 15 атм означает избыток влаги, что может стать причиной загнивания растеневодческой продукции.
Материалы и оборудование. Луковица лука с пигментированными чешуями, 1М раствор сахарозы. Безопасные бритвы, микроскопы, предметные и покровные стекла, бюксы, градуированные пипетки на 10 мл, кисточки, препаровальные иглы, часы, фильтровальная бумага.
Ход работы:
В бюксах готовят по 10 мл 0,7М; 0,6М; 0,5М; 0,4М; 0,3М; 0,2М растворов сахарозы путем разбавления 1М раствора дистиллированной водой.
Лезвием безопасной бритвы делают тонкие срезы с выпуклой поверхности чешуи лука размером 25мм2. В каждый бюкс, начиная с высокой концентрации, с интервалом 3 мин опускают по 2 среза. Через 30 мин после погружения срезов в первый бюкс исследуют их под микроскопом. Затем каждые 3 мин наблюдают срезы из последующих бюксов. Срезы рассматривают под микроскопом в капле раствора из того бюкса, откуда они были взяты.
Определяют степень плазмолиза клетки в каждом растворе и находят изотоническую концентрацию как среднее арифметическое между концентрацией, при которой плазмолиз только начинается, и концентрацией, которая уже не вызывает плазмолиза.
Рисунки:
Схема и результаты опыта:
| Концентрация раствора сахарозы, моль/л | Время погружения , час, мин | Время наступления плазмолиза, час, мин. | Время плазмолиза, мин | Форма плазмолиза | Изотоническая концентрация, моль/л | Потенциальное осмотическое давление, КПа |
| 0,7 | ||||||
| 0,6 | ||||||
| 0,5 | ||||||
| 0,4 | ||||||
| 0,3 | ||||||
| 0,2 |
Расчет величины осмотического давления:
Выводы:
Контрольные вопросы:
1.Характеристика внутриклеточной воды,
2. Содержание и локализация воды в клетке.
3. Формы внутриклеточной воды и их физиологическое значение.
4. Понятие о диффузии воды и осмосе.
5. Клетка как осмотическая система
6. Осмотический потенциал клетки, его физиологическая роль.
7. Методы определения осмотического потенциала клеток растений.
8. Размеры осмотического потенциала и их зависимость от ткани , органа.
9. Влияние условий произрастания на осмотический потенциал клеток растений.
10. Изменения осмотического потенциала клеток в зависимости от фазы онтогенеза.
11. Как клетка может регулировать величину осмотического потенциала?
12. Существует ли зависимость степени плазмолиза от концентрации
наружного раствора?
Записи при разборе темы:
Работа 4.Определение водного потенциала растительной ткани
Задачи
Задача 1.Растение, имеющее листовую поверхность 15дм2, испарило за 2ч 30г воды. Чему равна интенсивность транспираци?
Решение:
ИТ= С/(S*T),
где С — убыль в весе, г; S — площадь листа, м2 ; Т — время, ч.
ИТ=30/(15*2)=1г/дм2*ч
Задача 2.Продуктивность транспирации равна 4г/л. Найдите транспирационный коэффициент.
Решение:
Продуктивность транспирации (ПТ) — количество созданного растением сухого вещества на 1 л транспирированной воды (его значение в пределах 3-5 г/л). Транспирационный коэффициент показывает, сколько воды(л) растение затрачивает на построение единицы массы сухого вещества, т.е. величина обратная ПТ(у большинства растений ТК варьирует от 100 до 1000, а в среднем составляет 300л/г. Например для создания 1 т урожая затрачивается 300 т воды). Т.к. продуктивность равна 4 г/л, т.е. при испарении 1 л воды синтезировалось 4 г сухого вещества, т.о. на создание 1 г сухого вещества растение затрачивает 0,25 л воды. Транспирационный коэффициент в этом случае равен 0,25 л/г.
Задачи и вопросы для самостоятельного решения
1. Определить продуктивность транспирации, если в конце вегетации масса растения составила 0,2 кг сухого вещества, а за весь вегетационный период им было израсходовано 50 л воды.
2. Рассчитать продуктивность транспирации, если транспирационный коэффициент растения был равен 125.
3. Рассчитать транспирационный коэффициент, если продуктивность транспирации равна 5.
4. Навеску листьев массой 50 г поместили в воду, после чего их масса увеличилась до 55 г. После высушивания сухая масса листьев составила 4 г. Определить содержание воды в листьях до и после насыщения и величину их водного дефицита.
5. Побег с исходной массой 120 г оставили на увядание, после чего масса побега составила 110 г. Определить показатель величины водоудерживающей способности побега.
6.Растение за 1 час испарило 200г, а корневая система поглотила за это же время 150г воды. Какие условия внешней среды могли вызвать указанное несовпадение поглощенной и испаренной воды? Как это отразится на растении?
7. Почему холодная почва называется физиологически сухой?
8. Сколько воды испарит растение за 5 минут, если интенсивность транспирации его равна 120 г/(м2*ч), а поверхность листьев — 240 см2.
9. Растение было выдержано несколько часов в темноте, затем выставлено на прямой солнечный свет. Как изменится при этом транспирация? Почему?
10. Как объяснить завядание листьев в жаркий летний день при достаточном количестве влаги в почве и почему ликвидируется водный дефицит ночью?
11. Фермеры редко удобряют посевы во время засухи, т.к. это может принести вред. Объясните почему?
12. Два повядших побега поставлены в сосуд с водой, причем у одного из них срез стебля был возобновлен под водой. Какой побег быстрее и полнее восстановит свой тургор? Почему?
13. У растения, корни которого погружены в чистую воду, при добавлении к ней соли может наблюдаться временное завядание, однако через несколько часов его тургор, вероятно, восстановится. Объясните это явление.
14. Чему равен транспирационный коэффициент дерева, испарившего за вегетационный период 2 т воды и накопившего за это время 10 кг сухого вещества?
Задания в тестовой форме по разделу «Водный обмен растений»
1.Меньше всего воды содержится в:
а) протоплазме б) клеточной оболочке в) вакуоле
2. Диффузию молекул воды через полупроницаемую перепонку, отделяющую раствор от воды называют:
а) плазмолизом б) осмосом в) тургором
3. Дальний транспорт воды по сосудам ксилемы осуществляется с помощью:
а) осмотического механизма б) корневого давления в) гидростатического давления почвенного раствора
4. Частично доступны для растении следующие формы почвенной воды:
а) капиллярная б) гравитационная в) гигроскопическая г) пленочная д) химически связанная
5. Выход водяных паров через устьичную щель на поверхность листа является …… этапом устьичной транспирации:
а) первым б) вторым в) третьим г) четвертым
6. Усилению интенсивности транспирации способствуют:
а) низкая температура воздуха б) интенсивный свет в) высокая влажность воздуха
г) высокое осмотическое давление раствора д) низкая влажность почвы.
7. Показатель «........» характеризует количество граммов воды, испаряемой растением на каждый грамм образованного сухого вещества.
8.Испарение воды, осуществляемое клетками мезофилла в межклеточное пространство листа, называют .... транспирацией
а) устьичной б) кутикулярной в) относительной
9. Суточный ход транспирации в условиях засухи описывается:
а) двухвершинной кривой со спадом в полдень б) кривой с максимумом в полдень
в) логарифмической кривой г) прямой
10. В процессе транспирации растения теряют др ....% поглощаемой воды:
а) 15% б) 45% в) 75% г) 95%
Вопросы для контрольной работы
1. Объяснить завядание листьев в жаркий летний день при достаточном количестве влаги в почве и ликвидацию водного дефицита ночью?
2. У некоторых комнатных растений незадолго перед дождем появляются капли воды на кончиках листьев. Как объяснить это явление?
3. Охарактеризуйте механизмы поступления воды в клетку
4. В чем различие между активным и пассивным поступлением воды в растительный организм?
5. Почему клетку называют осмотичесой системой?
6. Что такое аквапорины и где они локализуются?
7. Какие процессы, происходящие в растительном организме, влияют на поступление воды в растения?
8. От каких внешних и внутренних факторов зависит интенсивность транспирации?
9. Что такое антитранспиранты?
10. Какие особенности структуры молекул воды определяют ее физические и химические свойства?
11. Объясните, почему К.А. Тимирязев называл транспирацию «необходимым физиологическим злом»?
12. Почему устьица считаются одним из замечательных приспособлений зеленого растения, выработанных в процессе эволюции?
13. Каково соотношение количества воды, испаряемой через устьица и со свободной водной поверхности той же площади? Чем это объясняется?
14. Какие типы движения устьиц вам известны? Каков их механизм? Каково значение АБК и ионов К+ в механизмах?.
15. Какие выводы важно сделать об изменении интенсивности транспирации в различных условиях среды, исходя из формулы Дальтона?
16. Почему ветер усиливает транспирацию, а опушенность листьев уменьшает транспирацию?
17. Охарактеризуйте основные силы, вызывающие поступление воды в клетки корня. В чем роль процессов метаболизма?
18. Что такое плач растений? Каков механизм этого процесса?
19. Является ли транспирация абсолютно необходимой для поступления воды? Как клетки корня получают воду, если транспирация минимальна?
20. Как свойства почвы влияют на поступление воды в клетки корня? Какие силы препятствуют поступлению воды из почвы?
21. Объясните следующие термины: «полевая влагоемкость», «влажность завядания», «мертвый запас». Почему вносимые удобрения при засухе могут нанести вред растению?
22. Ближний и дальний транспорт воды.
23. Объясните сущность теории сцепления.
24. Каковы движущие силы водного тока? Охарактеризуйте разные точки зрения
РАЗДЕЛ 3. ФОТОСИНТЕЗ
Фотосинтез возник на ранних этапах эволюции жизни и остается важнейшим процессом биосферы.
Фотосинтез —это процесс преобразования поглощенной организмом энергии света в химическую энергию органических соединений. Таким образом, фотосинтез — единственный процесс, с помощью которого солнечная энергия улавливается и остается на Земле, преобразуясь в другие формы энергии.
Фотосинтез влияет на биосферные процессы, является фактором их сбалансированности: стабилизирует соотношение кислорода и углекислого газа в атмосфере, влияет на состояние озонового слоя, содержание гумуса в почве, парниковый эффект и т.д. Следовательно, фотосинтез определяет экологическое благополучие биосферы.
Продуктивности фотосинтеза
Продуктивность фотосинтеза зависит от многих показателей, в частности, от его интенсивности, размеров и продолжительности работы ассимиляционной поверхности.
В процессе фотосинтетической деятельности растения создают 90-95% сухого вещества урожая и только 5-10% формируется за счет питательных веществ, поступающих из почвы.
Ассимиляты – продукты фотосинтеза, образующиеся в результате фотохимических и биохимических процессов в хлоропластах. Ассимиляционная листовая поверхность является одним из наиболее изменчивых показателей фотосинтетической деятельности. Она – главный аппарат взаимодействия растений со средой, при помощи которого улавливается энергия солнечной радиации и в процессе фотосинтеза преобразуется в потенциальную энергию органического вещества. Размер и динамика развития листовой поверхности находится под воздействием многочисленных биологических, климатических и агротехнических факторов, таких как сортовые особенности, характер органо-образовательного процесса при прохождении фаз развития, температура, водный и пищевой режимы.
Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) представляет собой прирост сухой массы растений в граммах за определенное время (сутки), отнесенный к единице листовой поверхности (м2). Ее учитывают периодическим отбором проб растений, у которых определяют общую массу, массу отдельных органов и площадь листьев. Далее ЧПФ рассчитывают по формуле:
ЧПФ = 
, где (1)
ЧПФ – чистая продуктивность фотосинтеза, г/м2*дн.;
В1 и В2 – сухая масса проб в начале и конце учетного периода, т/га;
Л1 и Л2 – площадь проб листьев в начале и конце периода, м2;
n - число дней в учетном периоде.
При использовании формулы (1) допускают, что листовая поверхность за время наблюдения нарастает равномерно, но в большинстве случаев площадь листьев увеличивается неравномерно. В связи с этим зарубежными исследователями предложена иная формула для определения чистой продуктивности фотосинтеза:
ЧПФ = 
, где (2)
lnЛ1 и lnЛ2 — натуральные логарифмы показателей площадей листьев в начале и в конце учитываемого периода;
остальные показатели те
Дата: 2016-10-02, просмотров: 1352.
