Розділ I. Фізіологія рослинної клітини

Клітина – елементарна структурно-функціональна одиниця рослинного організму. Вона здатна до самовідтворення і характеризується специфічними особливостями, які відрізняють її від клітин тваринного походження (наявність добре розвиненої целюлозної оболонки, пластид, вакуолярної системи, специфічний ріст розтягом).

Важлива характерна ознака рослинної клітини – наявність вакуолі, яка відмежована від цитоплазми одношаровою мембраною – тонопластом. У вакуолі міститься водний розчин мінеральних речовин, цукрів, органічних кислот, амінокислот тощо. Саме концентрацією розчинених речовин і відповідно осмотичним потенціалом вакуолярного соку, оточеного напівпроникною мембраною, визначається здатність клітин поглинати воду з навколишнього середовища. Крім того, вакуоля притискає цитоплазму клітини (з розташованими в ній пластидами) до клітинної стінки, сприяючи тим самим більш успішному перебігу фотосинтезу. Вакуоля сприяє також створенню тургорного стану клітини, при якому насичений водою вміст її тисне на стінку. В стані повного насичення клітини водою тургор-ний протитиск повністю врівноважує осмотичний і клітина припиняє поглинати воду. Найбільшу сисну силу клітина має при повній відсутності тургору. В цей момент здатність клітини поглинати воду визначається її осмотичним потенціалом. Рушійною силою надходження води в клітину є різниця хімічних потенціалів води в клітині і навколишньому середовищі. Хімічний потенціал чистої води завжди більший за її хімічний потенціал в розчині (клітині). Чим вища концентрація сполук всередині клітини, тим менший хімічний потенціал внутрішньоклітинної води і тим швидше вода входить в клітину.

Осмотичний рух води в клітину відбувається пасивно, без енергетичних затрат. Мінеральні ж елементи здебільшого надходять крізь клітинні мембрани проти електрохімічного градієнта активно, за допомогою специфічних білків-переносників і затратою енергії АТФ. Завдяки добре розвиненій системі внутрішніх мембран і плазмалеми в клітинах підтримується відповідний іонний склад вакуолярного розчину і цитоплазми, що визначає статус клітини як колоїдно-осмотичної системи. Мембранний принцип будови протопласта реалізується в різноманітних проявах осмотичних властивостей нативних клітин. Зокрема, на цьому базуються принципи вивчення явищ плазмолізу, визначення осмотичного тиску клітинного соку, проникності живих і пошкоджених мембран тощо. Більшість з цих робіт мають діагностичне й прикладне значення.

Робота № 1. Визначення запасних поживних речовин за допомогою гістохімічних реакцій

Основні відомості. У процесі життєдіяльності в рослинах відкладаються запасні поживні речовини – білки, вуглеводи (моносахариди – глюкоза, фруктоза; дисахариди – сахароза, мальтоза; полісахариди – інулін, крохмаль), жири. Вони можуть витрачатися на побудову тіла рослини або на різні життєві процеси як енергетичний матеріал. Відкладаються запасні поживні речовини в різних органах рослини: насінні, плодах, видозмінених пагонах, коренях.

Мета роботи. Вивчити хімічний склад рослинної клітини: виявити вуглеводи (моносахариди, полісахариди), білки, жири. Ознайомитися з методиками визначення цих речовин.

Матеріали, реактиви, обладнання. Мікроскопи, предметні скельця, леза, препарувальні голки, спиртівки, розчин йоду в йодиді калію, 50%-й спирт, рідина Фелінга, 10%-й розчин NaOH, слабкий розчин CuSO₄, осмієва кислота, гліцерин, спиртовий настій коріння алькани, набухле насіння різних рослин, плоди, коренеплоди.

Хід роботи. Для визначення фруктози і глюкози об’єктами можуть бути: коренеплід моркви, цибуля, плоди груші й винограду. Для визначення крохмалю використовують бульби картоплі. Для визначення жирів – насіння соняшника, коноплі, льону. Для визначення білків – насіння бобових рослин.

Реакції проводять на зрізах, використовуючи предметні скельця. Для кожної реакції беруть свіжий зріз.

1. Реактивом на крохмаль є розчин йоду в йодистому калії. На зріз бульби картоплі нанести краплю цього розчину. Зріз, який містить крохмаль, зафарбовується в синій колір.

2. Для визначення полісахариду інуліну використовують коренеплід жоржини або земляної груші, витриманий 14 днів в 50%-му розчині спирту. Зробивши зріз коренеплоду роздивляються його під мікроскопом. На стінках клітин можна буде помітити сферокристали інуліну, що виділився.

3. Для визначення фруктози або глюкози використовують рідину Фелінга, до складу якої входить CuSO₄. Зрізи роблять не дуже тонкі (3 шари клітин), після приготування їх сполоснути у воді і покласти на предметне скельце в краплю розведеної Фелінгової рідини та нагріти. В присутності відновлюючих цукрів утворюється червоний осад закису міді.

4. Жири можна визначити двома реактивами: спиртовим настоєм коріння алькани та осмієвою кислотою. Фарбування альканою відбувається таким чином: на зріз наносять краплю настою, закривають накривним скельцем і розглядають під мікроскопом. Краплини жиру, що витікають, зафарбовані в червоний колір. Осмієва кислота (слабкий розчин: від 0,25 до 1,0%) зафарбовує жир в бурий колір. В мікроскопі краплі жиру видні у вигляді блискучих краплинок.

5. Для визначення білків проводять такі реакції:

а) біуретова реакція. На предметне скло покласти зріз в краплю 10% розчину NaOH та додати краплю слабкого розчину CuSO₄. Осад гідроксиду міді (II), що при цьому утворюється, при наявності білка розчиняється і забарвлює зріз у фіолетовий колір;

б) реакція з розчином йоду в йодистому калії. Покласти зріз на предметне скло в краплину гліцерину, до якої додають краплину йоду в йодистому калії. Накривають зріз накривним скельцем і розглядають під мікроскопом. Від йоду в йодистому калії білок фарбується в золотисто-жовтий колір.

Контрольні питання.

1. Які органічні речовини відкладаються у різних органах рослин?

2. Як визначити вміст моносахаридів?

3. Як визначити вміст полісахаридів?

4. Як визначити вміст білків?

5. Як визначити вміст жирів?