Kjemiske forskningsmetoder i planter. Planteanalyse, biogeocenologi (manuell)

Siden botanikk studerer ganske mange forskjellige aspekter ved organisasjonen og funksjonen planteorganismer, så brukes et annet sett med forskningsmetoder i hvert enkelt tilfelle. Botanikk bruker både generelle metoder (observasjon, sammenligning, analyse, eksperiment, generalisering) og mange

spesielle metoder (biokjemiske og cytokjemiske, lys (konvensjonell, fasekontrast, interferens, polarisering, fluorescens, ultrafiolett) og elektron (overføring, skanning) mikroskopimetoder, cellekulturmetoder, mikroskopisk kirurgi, molekylærbiologiske metoder, genetiske metoder, elektrofysiologiske metoder, fryse- og flismetoder, biokronologiske metoder, biometriske metoder, matematisk modellering, statistiske metoder).
Spesielle metoder tar hensyn til egenskapene til et bestemt nivå av organisering av planteverdenen. For å studere de lavere nivåene i en organisasjon, brukes forskjellige biokjemiske metoder, metoder for kvalitativ og kvantitativ kjemisk analyse. Ulike cytologiske metoder brukes for å studere celler, spesielt elektronmikroskopimetoder. For å studere vev og den indre strukturen til organer, brukes metoder for lysmikroskopi, mikroskopisk kirurgi og selektiv farging. For å studere floraen på populasjons-art og biokenotisk nivå, brukes ulike genetiske, geobotaniske og økologiske forskningsmetoder. I plantetaksonomi er en viktig plass okkupert av metoder som komparative morfologiske, paleontologiske, historiske og cytogenetiske.

Assimilering av materiale fra ulike grener av botanikk er det teoretiske grunnlaget for opplæring av fremtidige spesialister innen landbrukskjemi og jordvitenskap. På grunn av det uløselige forholdet mellom planteorganismen og dens miljø, morfologiske egenskaper og intern struktur Planter bestemmes i stor grad av jordens egenskaper. Samtidig avhenger også retningen og intensiteten til fysiologiske og biokjemiske prosesser kjemisk oppbygning jord og dens andre egenskaper, bestemmer til syvende og sist veksten av plantebiomasse og produktiviteten til planteproduksjonen som en industri som helhet. Derfor botanisk kunnskap gjøre det mulig å underbygge behovet og dosen for å introdusere ulike stoffer i jorda, for å påvirke avlingen av kulturplanter. Faktisk er enhver påvirkning på jorda med sikte på å øke produktiviteten til kultiverte og ville planter basert på data innhentet i forskjellige deler av botanikken. Metoder for biologisk kontroll av plantevekst og utvikling er nesten utelukkende basert på botanisk morfologi og embryologi.

I sin tur grønnsaksverden fungerer som en viktig faktor i jorddannelsen og bestemmer mange jordegenskaper. Hver type vegetasjon er preget av visse typer jord, og disse mønstrene brukes med hell til jordkartlegging. Plantearter og deres individuelle systematiske grupper kan fungere som pålitelige fytoindikatorer for matforhold (jord). Indikator geobotanikk gir jordforskere og agrokjemikere en av de viktige metodene for å vurdere jordkvalitet, deres fysisk-kjemiske og kjemiske egenskaper,
Botanikk er det teoretiske grunnlaget for agrokjemi, så vel som anvendte områder som plantedyrking og skogbruk. For tiden er rundt 2 tusen plantearter introdusert i dyrking, men bare en liten del av dem er mye dyrket. Mange ville floraarter kan bli svært lovende avlinger i fremtiden. Botanikk underbygger muligheten og gjennomførbarheten av landbruksutvikling av naturlige territorier, utfører gjenvinningstiltak for å øke produktiviteten til naturlige plantegrupper, spesielt enger og skog, og fremmer utvikling og rasjonell bruk av planteressurser på land, ferskvannsforekomster og verdenshavet.
For spesialister innen agrokjemi og jordvitenskap er botanikk det grunnleggende grunnlaget som lar dem forstå essensen av jorddannende prosesser dypere, se avhengigheten av visse jordegenskaper på egenskapene til vegetasjonsdekket og forstå behovene av kulturplanter for spesifikke næringsstoffer.

Tilbake på begynnelsen av 1500-tallet. en viktig sannhet er etablert: medisinske egenskaper hver plante bestemmes av dens kjemiske sammensetning, dvs. tilstedeværelsen i den av visse stoffer som har en viss effekt på menneskekroppen. Som et resultat av analysen av en rekke fakta, var det mulig å identifisere visse farmakologiske egenskaper og spekteret av terapeutisk virkning av mange grupper av kjemiske forbindelser kalt aktive ingredienser. De viktigste av dem er alkaloider, hjerteglykosider, triterpenglykosider (saponiner), flavonoider (og andre fenoliske forbindelser), kumariner, kinoner, xangoner, sesquiterpenlaktoner, lignaner, aminosyrer, polysakkarider og noen andre forbindelser. Av de 70 gruppene av for tiden kjente naturlige forbindelser, er vi ofte bare interessert i noen få grupper som har biologisk aktivitet. Dette begrenser våre valg og påskynder dermed søket etter de naturlige kjemikaliene vi trenger. For eksempel, antiviral aktivitet har bare noen grupper av flavonoider, xantoner, alkaloider, terpenoider og alkoholer; antitumor- noen alkaloider, cyanider, triterpenketoner, diterpenoider, polysakkarider, fenoliske forbindelser, etc. Polyfenoliske forbindelser kjennetegnes ved hypotensiv, krampeløsende, antiulcus, koleretisk og bakteriedrepende aktivitet. Mange klasser av kjemiske forbindelser og individuelle kjemiske substanser har et strengt definert og ganske begrenset spekter av medisinsk og biologisk aktivitet. Andre, vanligvis svært brede klasser, for eksempel alkaloider, har et veldig bredt, variert spekter av handling. Slike forbindelser fortjener omfattende medisinske og biologiske studier, og først og fremst i områdene av interesse for oss, anbefales. Fremskritt innen analytisk kjemi har gjort det mulig å utvikle enkle og raske metoder (ekspressmetoder) for å identifisere klassene (gruppene) av kjemiske forbindelser og enkeltkjemikalier vi trenger. Som et resultat av dette ble metoden for massekjemiske analyser, ellers kalt kjemisk screening (fra engelsk ord sikting - sikting, sortering gjennom en sil). Det praktiseres ofte å søke etter ønskede kjemiske forbindelser ved å analysere alle plantene i området som studeres.

Kjemisk screeningsmetode

• identifisere sammenhenger mellom plantens systematiske posisjon, dens kjemiske sammensetning og medisinsk og biologisk aktivitet;
• å finne ut de geografiske og miljømessige faktorene som fremmer eller hindrer akkumulering av visse aktive stoffer i planter;
• bestemme betydningen biologisk aktive stoffer for plantene som produserer dem;
• identifisere kjemiske raser i planter som arvelig skiller seg fra hverandre i nærvær av visse aktive stoffer.

Forskning av planteorganer

FORBUNDSBYRÅ FOR UTDANNING

VORONEZH STATE UNIVERSITY

INFORMASJON OG ANALYTISK STØTTE TIL MILJØVERNAKTIVITETER I LANDBRUKET

Pedagogisk og metodisk manual for universiteter

Satt sammen av: L.I. Brekhova L.D. Stakhurlova D.I. Shcheglov A.I. Gromovik

VORONEZH – 2009

Godkjent av Vitenskaps- og metodologisk råd ved Det biologi- og jordvitenskapelige fakultet - protokoll nr. 10 av 4. juni 2009.

Anmelder: Doktor i biologiske vitenskaper, professor L.A. Yablonskikh

Den pedagogiske og metodiske manualen ble utarbeidet ved Institutt for jordvitenskap og landressursforvaltning, Fakultet for biologi og jordvitenskap, Voronezh State University.

For spesialitet: 020701 - Jordfag

Mangel eller overskudd av evt kjemisk element forårsaker forstyrrelse av det normale forløpet av biokjemiske og fysiologiske prosesser i planter, noe som til slutt endrer utbyttet og kvaliteten på avlingsprodukter. Derfor gjør bestemmelse av den kjemiske sammensetningen av planter og produktkvalitetsindikatorer det mulig å identifisere ugunstige miljøforhold for vekst av både dyrket og naturlig vegetasjon. I denne forbindelse er kjemisk analyse av plantemateriale en integrert del av miljøaktiviteter.

Praktisk veiledning om informasjon og analytisk støtte til miljøaktiviteter i jordbruk satt sammen i samsvar med programmet for laboratorieklasser i "Biogeocenology", "Plant Analysis" og "Environmental Activities in Agriculture" for 4. og 5. års studenter ved jordavdelingen ved Fakultet for jordbiologi ved VSU.

METODE FOR Å TA PLANTEPRØVER OG FORBEREDE DEM FOR ANALYSE

Å ta planteprøver er et veldig viktig øyeblikk i effektiviteten av å diagnostisere planteernæring og vurdere tilgjengeligheten av jordressurser for dem.

Hele området til avlingen som studeres er visuelt delt inn i flere seksjoner avhengig av størrelsen og plantenes tilstand. Dersom det identifiseres områder med klart dårligere planter i såingen, så markeres disse områdene på feltkartet og man finner ut om plantenes dårlige tilstand er en konsekvens av ento- eller plantesykdommer, lokal forringelse av jordegenskaper eller annen vekst. forhold. Hvis alle disse faktorene ikke forklarer årsakene til plantenes dårlige tilstand, kan vi anta at ernæringen deres er forstyrret. Dette bekreftes med plantediagnostiske metoder. De tar pro-

ville være fra områder med de verste og mest de beste plantene og jorda under dem og, basert på deres analyser, bestemme årsakene til forringelsen av planter og nivået på deres ernæring.

Hvis avlingen ikke er ensartet når det gjelder tilstanden til plantene, er det ved prøvetaking nødvendig å sikre at prøvene tilsvarer plantens gjennomsnittlige tilstand i et gitt område av feltet. Fra hver valgt matrise tas planter med røtter langs to diagonaler. De brukes: a) for å redegjøre for vektøkning og fremdriften av organdannelse - den fremtidige strukturen til avlingen og b) for kjemisk diagnostikk.

I de tidlige fasene (med to til tre blader) bør prøven inneholde minst 100 planter per hektar. Senere for korn, lin, bokhvete, erter og andre - minst 25 - 30 planter per 1 hektar. For store planter (moden mais, kål osv.) tas de nedre friske bladene fra minst 50 planter. For å ta hensyn til akkumulering etter faser og fjerning ved høsting, tas hele den overjordiske delen av planten i betraktning.

U treslag - frukt, bær, druer, prydplanter og skog - på grunn av egenskapene til deres aldersrelaterte endringer, hyppighet av fruktsetting osv., er prøvetaking noe vanskeligere enn for åkervekster. Følgende aldersgrupper skilles ut: frøplanter, villplanter, podede toåringer, ungtrær, unge og fruktbærende (begynner å bære frukt, i full og falmende frukter) trær. For frøplanter, i den første måneden av veksten, blir hele planten prøvetatt, etterfulgt av dens inndeling i organer: blader, stilker og røtter. I de andre og påfølgende månedene velges fullformede blader, vanligvis de to første etter de yngste, regnet fra toppen. De to første dannede bladene er også tatt fra to år gamle ville fugler, regnet fra toppen av vekstskuddet. De midterste bladene på vekstskudd er tatt fra podede toåringer og frøplanter, akkurat som fra voksne.

U bær - stikkelsbær, rips og andre - velges fra skuddene til den nåværende veksten, 3 - 4 blader fra 20 busker slik at i prøven

det var minst 60 - 80 blader. Voksne blader tas fra jordbær i samme mengde.

Det generelle kravet er forening av prøvetakings-, prosesserings- og lagringsteknikker: ta strengt tatt de samme delene fra alle planter i henhold til deres nivå, alder, plassering på planten, fravær av sykdom, etc. Det har også betydning om bladene var i direkte sollys eller i skyggen, og i alle tilfeller bør blader med samme plassering i forhold til sollys velges, gjerne i lyset.

Ved analyse av rotsystemet, gjennomsnittet laboratorieprøve Før veiing, vask forsiktig i vann fra springen, skyll i destillert vann og tørk med filterpapir.

En laboratorieprøve av korn eller frø tas fra mange steder (pose, boks, bil) med en sonde, deretter fordeles den i et jevnt lag på papir i form av et rektangel, delt i fire deler og materiale tas fra to motsatte deler til den nødvendige mengden for analyse.

Et av de viktige punktene ved klargjøring av plantemateriale for analyse er korrekt fiksering, dersom analysene ikke er ment å utføres i ferskt materiale.

For kjemisk vurdering av plantemateriale basert på totalinnhold av næringsstoffer (N, P, K, Ca, Mg, Fe osv.) tørkes planteprøver til lufttørr tilstand i ovn kl.

temperatur 50 – 60 ° eller i luft.

I analyser basert på resultatene av hvilke konklusjoner vil bli trukket om tilstanden til levende planter, bør friskt materiale brukes, siden visning forårsaker en betydelig endring i sammensetningen av stoffet eller en reduksjon i dets mengde og til og med forsvinningen av stoffene inneholdt i

levende planter. Cellulose påvirkes for eksempel ikke av ødeleggelse, men stivelse, proteiner, organiske syrer og spesielt vitaminer gjennomgår nedbrytning etter flere timers visnelse. Dette tvinger forsøkslederen til å utføre analyser i ferskt materiale på svært kort tid, noe som ikke alltid er mulig. Derfor brukes ofte fiksering av plantemateriale, hvis formål er å stabilisere ustabile plantestoffer. Inaktivering av enzymer er av avgjørende betydning. Ulike metoder for å fikse planter brukes avhengig av målene for eksperimentet.

Dampfiksering. Denne typen fiksering av plantemateriale brukes når det ikke er behov for å bestemme vannløselige forbindelser (cellesaft, karbohydrater, kalium, etc.). Under bearbeiding av rå plantemateriale kan det oppstå så sterk autolyse at sammensetningen av sluttproduktet noen ganger avviker vesentlig fra sammensetningen av utgangsmaterialet.

I praksis utføres dampfiksering som følger: et metallnett henges inne i et vannbad, badekaret dekkes med et tett ikke-brennbart materiale på toppen og vannet varmes opp til damp raskt frigjøres. Etter dette legges friskt plantemateriale på nettet inne i badekaret. Festetid 15 – 20 min. Deretter tørkes plantene

plasseres i en termostat ved en temperatur på 60°.

Temperaturfiksering. Plantemateriale legges i poser laget av tykt kraftpapir, og knust saftig frukt og grønnsaker legges løst i emalje- eller aluminiumskyvetter. Materialet holdes i 10 - 20 minutter ved en temperatur på 90 - 95°. Dette inaktiverer de fleste enzymene. Etter dette tørkes den bladrike stilkmassen og fruktene som har mistet turgor i ovn ved en temperatur på 60° med eller uten ventilasjon.

Når du bruker denne metoden for å fikse planter, må det huskes at langvarig tørking av plantemateriale kl

temperaturer på 80° og over fører til tap og endringer i stoffer på grunn av kjemiske transformasjoner (termisk nedbrytning av noen stoffer, karamellisering av karbohydrater, etc.), samt på grunn av flyktigheten til ammoniumsalter og noen organiske forbindelser. I tillegg kan ikke temperaturen på råplantematerialet nå opp til temperaturen miljø(tørkeskap) til vannet fordamper og til all varmetilførsel slutter å omdannes til latent fordampningsvarme.

Rask og forsiktig tørking av planteprøven anses også i noen tilfeller som en akseptabel og akseptabel metode for fiksering. Hvis denne prosessen utføres dyktig, kan avvik i tørrstoffsammensetningen være små. I dette tilfellet oppstår proteindenaturering og enzyminaktivering. Som regel utføres tørking i tørkeskap (termostater) eller spesielle tørkekamre. Materialet tørker mye raskere og mer pålitelig hvis oppvarmet luft sirkulerer gjennom skapet (kammeret). Den mest passende temperaturen for tørking

sy fra 50 til 60°.

Tørket materiale er bedre bevart i mørke og kulde. Siden mange stoffer som finnes i planter er i stand til å selvoksidere selv i tørr tilstand, anbefales det å lagre det tørkede materialet i tett lukkede kar (kolber med nedskrudd propp, ekssikkatorer osv.), fylt til toppen med materialet slik at det ikke er mye luft igjen i karene.

Fryser materiale. Plantemateriale er meget godt bevart ved temperaturer fra –20 til –30°, forutsatt at frysing skjer raskt nok (ikke mer enn 1 time). Fordelen med å lagre plantemateriale i frossen tilstand skyldes både effekten av avkjøling og dehydrering av materialet på grunn av overgangen av vann til fast tilstand. Det må tas hensyn til at ved frysing

I dette tilfellet inaktiveres enzymer bare midlertidig, og etter tining kan det oppstå enzymatiske transformasjoner i plantematerialet.

Behandling av planter med organiske løsemidler. Som en

For alle fikseringsstoffer kan det brukes kokende alkohol, aceton, eter etc. Fiksering av plantemateriale ved denne metoden utføres ved å senke det ned i et passende løsemiddel. Men med denne metoden skjer ikke bare fiksering av plantemateriale, men også utvinning av en rekke stoffer. Derfor kan slik fiksering bare brukes når det er kjent på forhånd at stoffene som må bestemmes ikke ekstraheres av dette løsningsmidlet.

Tørkede planteprøver etter fiksering knuses med saks og deretter i en mølle. Det knuste materialet siktes gjennom en sil med en hulldiameter på 1 mm. I dette tilfellet blir ingenting kastet fra prøven, siden ved å fjerne en del av materialet som ikke passerte gjennom sikten fra første sikting, endrer vi dermed kvaliteten på gjennomsnittsprøven. Store partikler føres gjennom møllen og siktes igjen. Restene på silen skal males i en morter.

En analytisk prøve tas fra laboratoriegjennomsnittsprøven utarbeidet på denne måten. For å gjøre dette er plantematerialet, fordelt i et tynt jevnt lag på et blankt papirark, delt diagonalt i fire deler. Deretter fjernes de to motsatte trekantene, og den gjenværende massen fordeles igjen i et tynt lag over hele papirarket. Diagonaler tegnes igjen og to motstående trekanter fjernes igjen. Dette gjøres til mengden av stoffet som kreves for den analytiske prøven forblir på arket. Den valgte analytiske prøven overføres til en glasskrukke med en malt propp. I denne tilstanden kan den lagres på ubestemt tid. Vekten på den analytiske prøven avhenger av mengde og forskningsmetodikk og varierer fra 50 til flere hundre gram plantemateriale.

Alle analyser av plantemateriale skal gjennomføres med to prøver tatt parallelt. Bare nære resultater kan bekrefte riktigheten av arbeidet som er utført.

Du må jobbe med planter i et tørt og rent laboratorium som ikke inneholder ammoniakkdamp, flyktige syrer og andre forbindelser som kan påvirke kvaliteten på prøven.

Analyseresultater kan beregnes for både lufttørre og absolutt tørre prøver av stoffet. I lufttørr tilstand er vannmengden i materialet i likevekt med vanndamp i luften. Dette vannet kalles hygroskopisk vann, og mengden avhenger både av planten og luftens tilstand: jo fuktigere luften er, jo mer hygroskopisk vann er det i plantematerialet. For å konvertere data til tørrstoff er det nødvendig å bestemme mengden hygroskopisk fuktighet i prøven.

BESTEMMELSE AV TØRRT STOFF OG VYGROSKOPISK FUKTIGHET I LUFTTØRT MATERIALE

Ved kjemisk analyse beregnes det kvantitative innholdet av en bestemt komponent på tørrstoffbasis. Før analyse bestemmes derfor fuktighetsmengden i materialet og dermed bestemmes mengden absolutt tørrstoff i det.

Fremdrift av analysen. Den analytiske prøven av stoffet fordeles i et tynt lag på et ark med glanset papir. Deretter, ved hjelp av en slikkepott, tas små klyper av det fra forskjellige steder av stoffet fordelt på arket til en glassflaske som tidligere har blitt tørket til en konstant vekt. Prøven skal være ca. 5 g. Kolben sammen med prøven veies på en analytisk vekt og plasseres i en termostat, hvor temperaturen inne holdes på 100-1050°C. Første gang den åpne flasken med henger holdes i termostaten i 4-6 timer. Etter denne tiden overføres flasken fra termostaten til en ekssikkator for avkjøling, etter 20-30

minutter veies flaskene. Etter dette åpnes flasken og settes igjen i en termostat (ved samme temperatur) i 2 timer. Tørking, avkjøling og veiing gjentas til den veide veieflasken når en konstant vekt (forskjellen mellom de to siste veiingene skal være mindre enn 0,0003 g).

Prosentandelen vann beregnes ved hjelp av formelen:

hvor: x – prosentandel vann; c – veid del av plantematerialet før tørking, g; c1 – veid del av plantemateriale etter tørking.

Utstyr og redskaper:

1) termostat;

2) glass flasker.

Skjema for resultatregistrering

BESTEMMELSE AV "RÅ" ASK VED TØRRASKEMETODEN

Aske er resten som oppnås etter brenning og kalsinering av organiske stoffer. Ved forbrenning fordamper karbon, hydrogen, nitrogen og delvis oksygen og bare ikke-flyktige oksider blir igjen.

Innholdet og sammensetningen av askeelementer i planter avhenger av arten, veksten og utviklingen av planter og spesielt av de jordklimatiske og agrotekniske forholdene for dyrkingen. Konsentrasjonen av askeelementer varierer betydelig i forskjellige stoffer og planteorganer. Dermed er askeinnholdet i blader og urteaktige organer til planter mye høyere enn i frø. Det er mer aske i bladene enn i stilkene,

Kjemisk analyse av planter for i fjor har fått anerkjennelse og bred distribusjon i mange land i verden som en metode for å studere planteernæring i felt og som en metode for å bestemme plantenes behov for gjødsel. Fordelen med denne metoden er det veldefinerte forholdet mellom planteanalyseindikatorer og effektiviteten til tilsvarende gjødsel. For analyse tas ikke hele planten, men en spesifikk del, vanligvis et blad eller bladstilk. Denne metoden kalles bladdiagnostikk.[...]

Kjemisk analyse av planter utføres for å bestemme mengden næringsstoffer som tilføres dem, som man kan bedømme behovet for å bruke gjødsel (Neubauer, Magnitsky-metoder, etc.), bestemme indikatorer for ernærings- og fôrkvaliteten til produktene (bestemmelse av stivelse, sukker, protein, vitaminer, etc.) p) og for å løse ulike problemer med planteernæring og metabolisme.[...]

I dette forsøket ble plantene matet med merket nitrogen 24 dager etter fremveksten. Ammoniumsulfat med en tredobbelt anrikning av N15-isotopen ved en dose på 0,24 g N per kar ble brukt som toppdressing. Siden det merkede ammoniumsulfatet påført som gjødsel ble fortynnet i jorda med vanlig ammoniumsulfat, påført før såing og ikke helt brukt av plantene, var den faktiske anrikningen av ammoniumsulfat i substratet noe lavere, ca. 2,5. Av tabell 1, som inneholder avlingsdata og resultatene av kjemisk analyse av planter, følger det at når plantene ble eksponert for merket nitrogen fra 6 til 72 timer, holdt vekten av plantene seg praktisk talt på samme nivå og kun 120 timer etter påføring. nitrogengjødsling var det merkbart økt.[...]

Til nå har kjemisk taksonomi ikke vært i stand til å dele planter inn i store taksonomiske grupper på grunnlag av noen kjemisk forbindelse eller gruppe av forbindelser. Kjemisk taksonomi kommer fra kjemisk analyse av planter. Hovedoppmerksomheten har så langt vært gitt til europeiske planter og planter i den tempererte sonen, men systematisk forskning på tropiske planter har vært utilstrekkelig. Det siste tiåret har imidlertid hovedsakelig biokjemisk systematikk blitt stadig viktigere, nemlig av to grunner. En av dem er bekvemmeligheten av å bruke raske, enkle og svært reproduserbare kjemiske analytiske metoder for å studere sammensetningen av planter (disse metodene inkluderer for eksempel kromatografi og elektroforese), den andre er den enkle å identifisere organiske forbindelser i planter; begge disse faktorene bidro til løsningen av taksonomiske problemer.[...]

Når vi diskuterte resultatene av kjemisk analyse av planter, påpekte vi at det ut fra disse dataene var umulig å etablere noen mønstre i endringen i innholdet av lagringsproteiner i planter ved ulike høstingstidspunkter. Resultatene av isotopanalyse indikerer tvert imot en sterk fornyelse av nitrogen i disse proteinene 48 og 96 timer etter gjødsling med merket nitrogen. Dette tvinger oss til å innrømme at faktisk lagringsproteiner, så vel som konstitusjonelle, var gjenstand for til kontinuerlige endringer i plantekroppen. Og hvis nitrogenisotopsammensetningen av lagringsproteiner ikke endret seg i den første perioden etter høsting, så er ikke dette grunnlag for å trekke en konklusjon om deres kjente stabilitet i disse forsøksperioder.[... ]

Gjennomføres samtidig kjemiske tester planter viste at den totale mengden proteinnitrogen, både i dette og i andre lignende forsøk, over så korte tidsperioder, praktisk talt ikke endret seg i det hele tatt eller endret seg med en relativt ubetydelig mengde (innen 5-10%). Dette indikerer at hos planter, i tillegg til dannelsen av en ny mengde protein, blir proteinet som allerede finnes i planten stadig fornyet. Proteinmolekyler i plantekroppen har således en relativt kort levetid. De blir kontinuerlig ødelagt og gjenskapt i prosessen med intensiv plantemetabolisme.[...]

Disse metodene for å diagnostisere ernæring ved hjelp av kjemisk analyse av planter er basert på å bestemme bruttoinnholdet av hovednæringsstoffene i blader. Utvalgte planteprøver tørkes og males. Deretter, under laboratorieforhold, foraskes en prøve av plantemateriale, etterfulgt av bestemmelse av bruttoinnholdet av N, P2O5, KgO > CaO, MgO og andre næringsstoffer. Mengden fuktighet bestemmes i en parallell prøve. [...]

Tabell 10 viser avlingsdata og kjemiske analysedata for planter for begge forsøksseriene.[...]

I alle disse forsøkene ble det imidlertid analysert gjennomsnittlige planteprøver, slik det gjøres ved konvensjonelle bestemmelser av i hvilken grad planter tar opp fosfor fra gjødsel. Den eneste forskjellen var at mengden fosfor som plantene tok fra gjødselen ikke ble bestemt av forskjellen mellom fosforinnholdet i kontroll- og forsøksplantene, men av direkte måling av mengden merket fosfor som kom inn i planten fra gjødselen. . Samtidige kjemiske analyser av planter for fosforinnhold i disse forsøkene gjorde det mulig å bestemme hvor stor andel av det totale fosforinnholdet i planten som sto for gjødselfosfor (merket) og fosfor tatt fra jorda (umerket).

Historie om studiet av plantefysiologi. Hovedgrener av plantefysiologi

Plantefysiologi som en gren av botanikk.

Tema for arbeidet må avtales med kurator for valgfaget A.N. Luferov.

Funksjoner av strukturen til en plantecelle, kjemisk sammensetning.

1. Historie om studiet av plantefysiologi. Hovedseksjoner og oppgaver i plantefysiologi

2. Grunnleggende metoder for å studere plantefysiologi

3. Struktur av en plantecelle

4. Kjemisk sammensetning av en plantecelle

5. Biologiske membraner

Plantefysiologi er en vitenskap som studerer livsprosessene som skjer i en planteorganisme.

Informasjon om prosessene som skjer i en levende plante akkumulert etter hvert som botanikk utviklet seg. Utviklingen av plantefysiologi som vitenskap ble bestemt av bruken av nye, mer avanserte metoder for kjemi, fysikk og landbrukets behov.

Plantefysiologi oppsto på 1600-1700-tallet. Begynnelsen på plantefysiologi som vitenskap ble lagt av eksperimentene til J.B. Van Helmont på vannnæring av planter (1634).

Resultatene av en rekke fysiologiske eksperimenter som beviser eksistensen av synkende og stigende strømmer av vann og næringsstoffer, lufternæring av planter er presentert i de klassiske verkene til den italienske biologen og legen M. Malpighi "Anatomy of Plants" (1675-1679) og den engelske botanikeren og legen S. Gales "Statics plants" (1727). I 1771 oppdaget og beskrev den engelske forskeren D. Priestley prosessen med fotosyntese - lufternæring av planter. I 1800 publiserte J. Senebier avhandlingen "Physiologie vegetale" i fem bind, der alle data som var kjent på den tiden ble samlet, behandlet og tolket, begrepet "plantefysiologi" ble foreslått, oppgaver ble definert, metoder for å studere planter fysiologi ble eksperimentelt bevist at kilden til karbon i fotosyntesen er karbondioksid, la grunnlaget for fotokomi.

På 1800- og 1900-tallet ble det gjort en rekke funn innen plantefysiologi:

1806 - T.A. Knight beskrev og eksperimentelt studerte fenomenet geotropisme;

1817 - P.J. Pelletier og J. Cavantou isolerte et grønt pigment fra blader og kalte det klorofyll;

1826 - G. Dutrochet oppdaget fenomenet osmose;

1838-1839 – T. Schwann og M.Ya Schleiden underbygget den cellulære teorien om strukturen til planter og dyr;

1840 – J. Liebig utviklet teorien om mineralernæring av planter;

1851 - V. Hoffmeister oppdaget generasjonsvekslingen i høyere planter;

1859 - Charles Darwin la grunnlaget for den evolusjonære fysiologien til planter, blomsterfysiologi, heterotrofisk ernæring, bevegelse og irritabilitet av planter;

1862 - Yu. Sachs viste at stivelse er et produkt av fotosyntese;

1865 – 1875 - K.A. Timiryazev studerte rollen til rødt lys i fotosynteseprosesser, utviklet en idé om den kosmiske rollen til grønne planter;

1877 - W. Pfeffer oppdaget osmosens lover;

1878-1880 – G. Gelriegel og J.B. Boussingault demonstrerte fiksering av atmosfærisk nitrogen i belgfrukter i symbiose med knutebakterier;

1897 M. Nentsky og L. Markhlevsky oppdaget strukturen til klorofyll;

1903 - G. Klebs utviklet læren om påvirkning av miljøfaktorer på vekst og utvikling av planter;

1912 - V.I. Palladin fremmet ideen om anaerobe og aerobe stadier av respirasjon;

1920 - W.W. Garner og G.A. Allard oppdaget fenomenet fotoperiodisme;

1937 - G.A. Krebs beskrev sitronsyresyklusen;

1937 - M.Kh. Chailakhyan fremmet den hormonelle teorien om planteutvikling;

1937 -1939 – G. Kalkar og V.A. Blitzer oppdaget oksidativ fosforylering;

1946 – 1956 - M. Calvin og medarbeidere dechiffrerte den viktigste karbonveien i fotosyntesen;

1943-1957 – R. Emerson beviste eksperimentelt eksistensen av to fotosystemer;

1954 – D.I. Arnon et al. oppdaget fotofosforylering;

1961-1966 – P. Mitchell utviklet en kjemiosmotisk teori om koblingen av oksidasjon og fosforylering.

Samt andre funn som bestemte utviklingen av plantefysiologi som vitenskap.

Hoveddelene av plantefysiologi differensierte seg på 1800-tallet - disse er:

1. fysiologi av fotosyntese

2. fysiologi av plantevann regime

3. fysiologi av mineralernæring

4. fysiologi av vekst og utvikling

5. fysiologi av resistens

6. fysiologi av reproduksjon

7. fysiologi av puste.

Men ethvert fenomen i en plante kan ikke forstås innenfor rammen av bare ett avsnitt. Derfor, i andre halvdel av det 20. århundre. I plantefysiologi er det en tendens til å slå sammen biokjemi og molekylærbiologi, biofysikk og biologisk modellering, cytologi, anatomi og plantegenetikk til en helhet.

Moderne plantefysiologi er en grunnleggende vitenskap, dens hovedoppgave er å studere plantelivets mønstre. Men det har enorm praktisk betydning, så dens andre oppgave er å utvikle det teoretiske grunnlaget for å oppnå maksimale utbytter av landbruks-, industri- og medisinske avlinger. Plantefysiologi er fremtidens vitenskap; den tredje, ennå uløste oppgaven er utviklingen av installasjoner for å utføre fotosynteseprosesser under kunstige forhold.

Moderne plantefysiologi bruker hele arsenalet av vitenskapelige metoder som finnes i dag. Disse er mikroskopiske, biokjemiske, immunologiske, kromatografiske, radioisotop, etc.

La oss vurdere instrumentelle forskningsmetoder som er mye brukt i studiet av fysiologiske prosesser i planter. Instrumentelle metoder for å jobbe med biologiske objekter er delt inn i grupper avhengig av ethvert kriterium:

1. Avhengig av hvor de sensitive elementene i enheten er plassert (på anlegget eller ikke): kontakt og fjernkontroll;

2. I henhold til arten av den resulterende verdien: kvalitativ, semi-kvantitativ og kvantitativ. Kvalitativ - forskeren mottar kun informasjon om tilstedeværelse eller fravær av et stoff eller en prosess. Semikvantitativ - forskeren kan sammenligne egenskapene til ett objekt med andre når det gjelder intensiteten til enhver prosess, i henhold til innholdet av stoffer (hvis det ikke uttrykkes i numerisk form, men for eksempel i form av en skala). Kvantitativ - forskeren får numeriske indikatorer som karakteriserer enhver prosess eller stoffinnhold.

3. Direkte og indirekte. Ved bruk av direkte metoder innhenter forskeren informasjon om prosessen som studeres. Indirekte metoder er basert på målinger av eventuelle medfølgende størrelser, på en eller annen måte knyttet til den som studeres.

4. Avhengig av de eksperimentelle forholdene er metoder delt inn i laboratorium og felt.

Når du forsker på planteobjekter, kan følgende typer målinger utføres:

1. Morfometri (måling av forskjellige morfologiske indikatorer og deres dynamikk (for eksempel bladoverflateareal, forhold mellom områder av overjordiske og underjordiske organer, etc.)

2. Vektmål. For eksempel å bestemme den daglige dynamikken til vegetativ masseakkumulering

3. Måling av løsningskonsentrasjon, kjemisk sammensetning av prøver mv. ved bruk av konduktometriske, potensiometriske og andre metoder.

4. Studie av gassutveksling (når man studerer intensiteten av fotosyntese og gassutveksling)

Morfometriske indikatorer kan bestemmes ved hjelp av visuell telling, måling med linjal, millimeterpapir, etc. For å bestemme noen indikatorer, for eksempel det totale volumet av rotsystemet, brukes spesielle installasjoner - et kar med en gradert kapillær. Volumet av rotsystemet bestemmes av volumet av fortrengt vann.

Når de studerer en prosess de bruker ulike metoder. For å bestemme transpirasjonsnivået, bruk for eksempel:

1. Vektmetoder (innledende arkvekt og vekten etter en tid);

2. Temperatur (bruk spesielle klimatiske kamre);

3. Ved hjelp av porometre bestemmes fuktigheten i kammeret hvor planten som studeres er plassert.