Metode de cercetare chimică în plante. Analiza plantelor, biogeocenologie (manual)

Deoarece botanica studiază destul de multe aspecte diferite ale organizării și funcționării organisme vegetale, apoi în fiecare caz specific se aplică un set diferit de metode de cercetare. Botanica folosește atât metode generale (observare, comparare, analiză, experiment, generalizare) cât și multe

metode speciale (biochimice și citochimice, metode de microscopie luminoasă (convențională, contrast de fază, interferență, polarizare, fluorescență, ultravioletă) și electronică (transmisie, scanare), metode de cultură celulară, chirurgie microscopică, metode de biologie moleculară, metode genetice, metode electrofiziologice, metode de congelare și ciobire, metode biocronologice, metode biometrice, modelare matematică, metode statistice).
Metodele speciale iau în considerare caracteristicile unui anumit nivel de organizare a lumii plantelor. Astfel, pentru a studia nivelurile inferioare ale unei organizații se folosesc diverse metode biochimice, metode de analiză chimică calitativă și cantitativă. Pentru studiul celulelor sunt folosite diverse metode citologice, în special metodele de microscopie electronică. Pentru a studia țesuturile și structura internă a organelor, se folosesc metode de microscopie ușoară, chirurgie microscopică și colorare selectivă. Pentru studiul florei la nivel de populație-specie și biocenotic se folosesc diverse metode de cercetare genetică, geobotanica și ecologică. În taxonomia plantelor, un loc important este ocupat de metode precum morfologic comparativ, paleontologic, istoric și citogenetic.

Asimilarea materialului din diverse ramuri ale botanicii constituie baza teoretică pentru pregătirea viitorilor specialiști în chimia agricolă și știința solului. Datorită relației inextricabile dintre organismul vegetal și mediul său, caracteristicile morfologice și structura interna Plantele sunt determinate în mare măsură de caracteristicile solului. În același timp, de direcția și intensitatea proceselor fiziologice și biochimice depind și compoziție chimică solul și celelalte proprietăți ale sale, determină în cele din urmă creșterea biomasei vegetale și productivitatea producției vegetale ca industrie în ansamblu. De aceea cunoștințe botanice fac posibilă fundamentarea necesității și dozei de introducere a diferitelor substanțe în sol, pentru a influența randamentul plantelor cultivate. De fapt, orice impact asupra solului cu scopul de a crește productivitatea plantelor cultivate și sălbatice se bazează pe date obținute în diferite secțiuni de botanică. Metodele de control biologic al creșterii și dezvoltării plantelor se bazează aproape în întregime pe morfologia botanică și embriologie.

La randul lui lumea vegetală acţionează ca un factor important în formarea solului şi determină multe proprietăţi ale solului. Fiecare tip de vegetație este caracterizat de anumite tipuri de soluri, iar aceste modele sunt utilizate cu succes pentru cartografierea solului. Speciile de plante și grupurile lor sistematice individuale pot acționa ca fitoindicatori fiabili ai condițiilor alimentare (sol). Geobotanica indicator oferă cercetătorilor în sol și agrochimiștilor una dintre metodele importante de evaluare a calității solului, a proprietăților lor fizico-chimice și chimice,
Botanica este baza teoretică a agrochimiei, precum și a unor astfel de domenii aplicate precum cultivarea plantelor și silvicultură. În prezent, aproximativ 2 mii de specii de plante au fost introduse în cultură, dar doar o mică parte dintre ele este cultivată pe scară largă. Multe specii de floră sălbatică pot deveni culturi foarte promițătoare în viitor. Botanica fundamentează posibilitatea și fezabilitatea dezvoltării agricole a teritoriilor naturale, efectuând măsuri de reabilitare în scopul creșterii productivității grupelor naturale de plante, în special pajiştile și pădurile, și promovează dezvoltarea și utilizarea rațională a resurselor vegetale de pe uscat, corpuri de apă dulce. și Oceanul Mondial.
Pentru specialiștii din domeniul agrochimiei și științei solului, botanica este baza de bază care le permite să înțeleagă mai profund esența proceselor de formare a solului, să vadă dependența anumitor proprietăți ale solului de caracteristicile acoperirii vegetale și să înțeleagă nevoile. a plantelor cultivate pentru nutrienti specifici.

Încă la începutul secolului al XVI-lea. a fost stabilit un adevăr important: proprietăți medicinale fiecare plantă este determinată de compoziția sa chimică, adică prezența în el a anumitor substanțe care au un anumit efect asupra corpului uman. Ca urmare a analizei a numeroase fapte, a fost posibilă identificarea anumitor proprietăți farmacologice și a spectrului de acțiune terapeutică a multor grupe de compuși chimici denumite ingrediente active. Cei mai importanți dintre ei sunt alcaloizii, glicozidele cardiace, glicozidele triterpenice (saponine), flavonoidele (și alți compuși fenolici), cumarinele, chinonele, xangonele, lactonele sesquiterpenice, lignanii, aminoacizii, polizaharidele și alți compuși. Din cele 70 de grupuri de compuși naturali cunoscuți în prezent, suntem adesea interesați doar de câteva grupuri care au activitate biologică. Acest lucru ne limitează alegerile și, prin urmare, ne accelerează căutarea substanțelor chimice naturale de care avem nevoie. De exemplu, activitate antivirală posedă doar câteva grupe de flavonoide, xantone, alcaloizi, terpenoizi și alcooli; antitumoral- unii alcaloizi, cianuri, cetone triterpenice, diterpenoide, polizaharide, compuşi fenolici etc. Compuşii polifenolici se caracterizează prin activitate hipotensivă, antispastică, antiulceroasă, coleretică şi bactericidă. Multe clase de compuși chimici și individuali substanțe chimice au un spectru strict definit și destul de limitat de activitate medicală și biologică. Altele, de obicei clase foarte largi, de exemplu alcaloizi, au un spectru de acțiune foarte larg, variat. Astfel de compuși merită un studiu medical și biologic cuprinzător și, în primul rând, în domeniile de interes pentru noi, recomandate. Progresele în chimia analitică au făcut posibilă dezvoltarea unor metode simple și rapide (metode exprese) pentru identificarea claselor (grupurilor) de compuși chimici și a substanțelor chimice individuale de care avem nevoie. Ca urmare a acestui fapt, metoda analizelor chimice de masă, altfel numită screening chimic (de la cuvânt englezesc cernere - cernere, sortare prin sită). Se practică adesea căutarea compușilor chimici doriti prin analiza tuturor plantelor din zona studiată.

Metoda de screening chimic

• identificarea corelațiilor dintre poziția sistematică a plantei, compoziția sa chimică și activitatea medicală și biologică;
• să afle factorii geografici și de mediu care favorizează sau împiedică acumularea anumitor substanțe active în plante;
• determina biologic sensul substanțe active pentru plantele care le produc;
• identifica rasele chimice la plante care diferă ereditar unele de altele prin prezența anumitor substanțe active.

Cercetarea organelor plantelor

AGENȚIA FEDERALĂ PENTRU EDUCAȚIE

UNIVERSITATEA DE STAT VORONEZH

INFORMAREA ȘI SUPORTUL ANALITIC AL ACTIVITĂȚILOR DE PROTECȚIA MEDIULUI ÎN AGRICULTURĂ

Manual educațional și metodologic pentru universități

Alcătuit de: L.I. Brekhova L.D. Stakhurlova D.I. Shcheglov A.I. Gromovik

VORONEZH – 2009

Aprobat de Consiliul Științific și Metodologic al Facultății de Biologie și Știința Solului - protocolul nr. 10 din 4 iunie 2009.

Referent: doctor în științe biologice, profesor L.A. Yablonskikh

Manualul educațional și metodologic a fost pregătit la Departamentul de Știința Solului și Managementul Resurselor Terestre, Facultatea de Biologie și Știința Solului, Universitatea de Stat Voronezh.

Pentru specialitate: 020701 - Solul

Deficiență sau exces de oricare element chimic provoacă perturbarea cursului normal al proceselor biochimice și fiziologice din plante, ceea ce modifică în cele din urmă randamentul și calitatea produselor vegetale. Prin urmare, determinarea compoziției chimice a plantelor și a indicatorilor de calitate a produsului face posibilă identificarea condițiilor de mediu nefavorabile pentru creșterea atât a vegetației cultivate, cât și a celor naturale. În acest sens, analiza chimică a materialului vegetal este o parte integrantă a activităților de mediu.

Ghid practic de informare și suport analitic al activităților de mediu în agriculturăîntocmit în conformitate cu programul orelor de laborator la „Biogeocenologie”, „Analiza plantelor” și „Activități de mediu în agricultură” pentru studenții din anii IV și V ai secției de sol a Facultății de Biologie a Solului a VSU.

METODA DE PRELUARE A PROBELOR DE PLANTE ŞI PREGĂTIREA LOR PENTRU ANALIZĂ

Prelevarea probelor de plante este un moment foarte important în eficacitatea diagnosticării nutriției plantelor și a evaluării disponibilității resurselor de sol pentru acestea.

Întreaga zonă a culturii studiate este împărțită vizual în mai multe secțiuni, în funcție de dimensiunea acesteia și de starea plantelor. Dacă la semănat sunt identificate zone cu plante clar mai proaste, atunci aceste zone sunt marcate pe harta câmpului și se află dacă starea proastă a plantelor este o consecință a ento- sau fitobolilor, a deteriorării locale a proprietăților solului sau a altor creșteri. conditii. Dacă toți acești factori nu explică motivele stării proaste a plantelor, atunci putem presupune că nutriția lor este perturbată. Acest lucru este verificat prin metode de diagnosticare a plantelor. Ei iau pro-

ar fi din zonele cu cele mai proaste și cele mai multe cele mai bune planteși solurile de sub acestea și, pe baza analizelor lor, determină cauzele deteriorării plantelor și nivelul de nutriție a acestora.

În cazul în care cultura nu este uniformă în ceea ce privește starea plantelor, atunci la eșantionare este necesar să se asigure că eșantioanele corespund stării medii a plantelor într-o anumită zonă a câmpului. Din fiecare matrice selectată, plantele cu rădăcini sunt luate de-a lungul a două diagonale. Ele sunt utilizate: a) pentru a da seama de creșterea în greutate și de progresul formării organelor - structura viitoare a culturii și b) pentru diagnosticarea chimică.

În fazele incipiente (cu două până la trei frunze), proba trebuie să conțină cel puțin 100 de plante la hectar. Mai târziu pentru cereale, in, hrișcă, mazăre și altele - cel puțin 25 - 30 de plante la 1 hectar. Pentru plantele mari (porumb matur, varză etc.), frunzele inferioare sănătoase se iau de la cel puțin 50 de plante. Pentru a lua în considerare acumularea pe faze și îndepărtarea prin recoltare, se ia în considerare întreaga parte supraterană a plantei.

U specii de arbori - fructiferi, fructe de pădure, struguri, ornamentali și păduri - datorită caracteristicilor modificărilor lor legate de vârstă, frecvenței de fructificare etc., prelevarea probelor este ceva mai dificilă decât pentru culturile de câmp. Se disting următoarele grupe de vârstă: puieți, puieți, pui altoiți de doi ani, puieți, pomi tineri și fructiferi (începând să rodească, în plină fructificare și decolorând). Pentru răsaduri, în prima lună de creștere, se prelevează întreaga plantă, urmată de împărțirea acesteia în organe: frunze, tulpini și rădăcini. În a doua și în lunile următoare se selectează frunzele complet formate, de obicei primele două după cele mai tinere, numărând de la vârf. Primele două frunze formate sunt luate și de la păsări sălbatice de doi ani, numărând din vârful lăstarilor de creștere. Frunzele mijlocii ale lăstarilor de creștere sunt luate de la puii și puieți altoiți de doi ani, la fel ca de la adulți.

U fructe de pădure - agrișe, coacăze și altele - sunt selectate dintre lăstarii creșterii curente, 3 - 4 frunze din 20 de tufe, astfel încât în ​​probă

erau cel puțin 60 - 80 de frunze. Frunzele adulte sunt luate din căpșuni în aceeași cantitate.

Cerința generală este unificarea tehnicilor de prelevare, prelucrare și depozitare: prelevarea strict a acelorași părți din toate plantele în funcție de nivelul lor, vârsta, locația pe plantă, absența bolii etc. De asemenea, contează dacă frunzele au fost în lumina directă a soarelui sau la umbră și, în toate cazurile, trebuie selectate frunze cu aceeași poziție în raport cu lumina soarelui, de preferință la lumină.

La analiza sistemului radicular, media proba de laboratorÎnainte de cântărire, spălați cu grijă în apă de la robinet, clătiți cu apă distilată și uscați cu hârtie de filtru.

O probă de laborator de cereale sau semințe este prelevată din mai multe locuri (sac, cutie, mașină) cu o sondă, apoi este distribuită într-un strat uniform pe hârtie sub formă de dreptunghi, împărțită în patru părți și materialul este luat din două părți opuse cantității necesare pentru analiză.

Unul dintre punctele importante în pregătirea materialului vegetal pentru analiză este fixarea corectă a acestuia, dacă analizele nu sunt destinate să fie efectuate în material proaspăt.

Pentru evaluarea chimică a materialului vegetal pe baza conținutului total de nutrienți (N, P, K, Ca, Mg, Fe etc.), probele de plante sunt uscate la o stare de uscare la aer într-un cuptor la

temperatura 50 – 60 ° sau în aer.

În analizele pe baza rezultatelor cărora se vor trage concluzii despre starea plantelor vii, trebuie utilizat material proaspăt, deoarece ofilirea provoacă o modificare semnificativă a compoziției substanței sau o scădere a cantității acesteia și chiar dispariția substanțelor conținute. în

plante vii. De exemplu, celuloza nu este afectată de distrugere, dar amidonul, proteinele, acizii organici și mai ales vitaminele suferă descompunere după câteva ore de ofilire. Acest lucru îl obligă pe experimentator să efectueze analize în material proaspăt într-un timp foarte scurt, ceea ce nu este întotdeauna posibil. Prin urmare, se folosește adesea fixarea materialului vegetal, al cărui scop este stabilizarea substanțelor vegetale instabile. Inactivarea enzimelor este de o importanță decisivă. Se folosesc diverse metode de fixare a plantelor în funcție de obiectivele experimentului.

Fixare cu abur. Acest tip de fixare a materialului vegetal este utilizat atunci când nu este necesară determinarea compușilor solubili în apă (suvă celulară, carbohidrați, potasiu etc.). În timpul prelucrării materiei prime vegetale, poate apărea o astfel de autoliză puternică, încât compoziția produsului final diferă uneori semnificativ de compoziția materiei prime.

În practică, fixarea aburului se realizează astfel: o plasă metalică este atârnată în interiorul unei băi de apă, baia este acoperită deasupra cu un material dens neinflamabil și apa este încălzită până când aburul este eliberat rapid. După aceasta, materialul vegetal proaspăt este plasat pe plasa din interiorul băii. Timp de fixare 15 – 20 min. Apoi plantele sunt uscate

sunt plasate într-un termostat la o temperatură de 60°.

Fixarea temperaturii. Materialul vegetal este plasat în pungi din hârtie kraft groasă, iar fructele și legumele suculente zdrobite sunt așezate lejer în cuve de email sau aluminiu. Materialul se păstrează 10 - 20 de minute la o temperatură de 90 - 95°. Aceasta inactivează majoritatea enzimelor. După aceasta, masa de tulpini cu frunze și fructele care și-au pierdut turgul sunt uscate într-un cuptor la o temperatură de 60° cu sau fără ventilație.

Când utilizați această metodă de fixare a plantelor, trebuie amintit că uscarea prelungită a materialului vegetal la

temperaturile de 80° și peste duc la pierderi și modificări ale substanțelor din cauza transformărilor chimice (descompunerea termică a unor substanțe, caramelizarea glucidelor etc.), precum și datorită volatilității sărurilor de amoniu și a unor compuși organici. În plus, temperatura materiei prime vegetale nu poate atinge temperatura mediu inconjurator(cabinet de uscare) până când apa se evaporă și până când toată căldura aportă încetează să se transforme în căldură latentă de vaporizare.

Uscarea rapidă și atentă a probei de plantă este, de asemenea, considerată o metodă acceptabilă și acceptabilă de fixare în unele cazuri. Dacă acest proces este efectuat cu pricepere, abaterile în compoziția substanței uscate pot fi mici. În acest caz, au loc denaturarea proteinelor și inactivarea enzimelor. De regulă, uscarea se efectuează în dulapuri de uscare (termostate) sau în camere speciale de uscare. Materialul se usucă mult mai rapid și mai fiabil dacă aerul încălzit circulă prin dulap (camera). Temperatura cea mai potrivită pentru uscare

coaserea de la 50 la 60°.

Materialul uscat este mai bine conservat în întuneric și la rece. Deoarece multe substanțe conținute în plante sunt capabile să se autooxideze chiar și în stare uscată, se recomandă depozitarea materialului uscat în vase bine închise (baloane cu dop măcinat, essicatoare etc.), umplute până la vârf cu materialul astfel încât să nu rămână mult aer în vase.

Material de congelare. Materialul vegetal este foarte bine conservat la temperaturi de la –20 la –30°, cu condiția ca înghețarea să aibă loc suficient de rapid (nu mai mult de 1 oră). Avantajul depozitării materialului vegetal în stare înghețată se datorează atât efectului de răcire, cât și deshidratării materialului datorită trecerii apei în stare solidă. Trebuie avut în vedere că la congelare

În acest caz, enzimele sunt inactivate doar temporar și după decongelare pot avea loc transformări enzimatice în materialul vegetal.

Tratarea plantelor cu solvenți organici. Ca

Pentru toate substanțele de fixare se poate folosi alcool la fierbere, acetonă, eter etc.. Fixarea materialului vegetal prin această metodă se realizează prin coborârea acestuia într-un solvent adecvat. Cu toate acestea, cu această metodă, nu are loc doar fixarea materialului vegetal, ci și extragerea unui număr de substanțe. Prin urmare, o astfel de fixare poate fi utilizată numai atunci când se știe în prealabil că substanțele care trebuie determinate nu sunt extrase de acest solvent.

Probele de plante uscate după fixare sunt zdrobite cu foarfece și apoi într-o moară. Materialul zdrobit se cerne printr-o sită cu diametrul găurii de 1 mm. În acest caz, nu se aruncă nimic din probă, deoarece prin îndepărtarea unei părți a materialului care nu a trecut prin sită de la prima cernere, modificăm astfel calitatea probei medii. Particulele mari sunt trecute prin moară și sită din nou. Rămășițele de pe sită trebuie măcinate într-un mojar.

Se prelevează o probă analitică din proba medie de laborator pregătită în acest mod. Pentru a face acest lucru, materialul vegetal, distribuit într-un strat subțire uniform pe o foaie de hârtie lucioasă, este împărțit în diagonală în patru părți. Apoi cele două triunghiuri opuse sunt îndepărtate, iar masa rămasă este din nou distribuită într-un strat subțire pe întreaga coală de hârtie. Diagonalele sunt desenate din nou și două triunghiuri opuse sunt îndepărtate din nou. Acest lucru se face până când cantitatea de substanță necesară pentru proba analitică rămâne pe foaie. Proba analitică selectată este transferată într-un borcan de sticlă cu dop măcinat. În această stare, poate fi stocat pe termen nelimitat. Greutatea probei analitice depinde de cantitatea și metodologia de cercetare și variază de la 50 la câteva sute de grame de material vegetal.

Toate analizele materialului vegetal trebuie efectuate cu două probe prelevate în paralel. Numai rezultatele apropiate pot confirma corectitudinea muncii efectuate.

Trebuie să lucrați cu plantele într-un laborator uscat și curat, care nu conține vapori de amoniac, acizi volatili și alți compuși care pot afecta calitatea probei.

Rezultatele analizei pot fi calculate atât pentru probele de substanță uscate la aer, cât și pentru cele absolut uscate. În stare uscată la aer, cantitatea de apă din material este în echilibru cu vaporii de apă din aer. Această apă se numește apă higroscopică, iar cantitatea ei depinde atât de plantă, cât și de starea aerului: cu cât aerul este mai umed, cu atât mai multă apă higroscopică este în materialul vegetal. Pentru a converti datele în materie uscată, este necesar să se determine cantitatea de umiditate higroscopică din probă.

DETERMINAREA SUBSTANȚEI USCATE ȘI A UMIDITĂȚII HIGROSCOPICE ÎN MATERIALUL USCAT LA AER

În analiza chimică, conținutul cantitativ al unui anumit component este calculat pe bază de substanță uscată. Prin urmare, înainte de analiză, se determină cantitatea de umiditate din material și, prin urmare, se determină cantitatea de materie absolut uscată din acesta.

Progresul analizei. Proba analitică a substanței este distribuită într-un strat subțire pe o foaie de hârtie lucioasă. Apoi, folosind o spatulă, mici ciupituri din acesta sunt luate din diferite locuri ale substanței distribuite pe foaie într-o sticlă de sticlă care a fost uscată în prealabil până la o greutate constantă. Proba trebuie să fie de aproximativ 5 g. Balonul împreună cu proba este cântărit pe o balanță analitică și plasat într-un termostat, a cărui temperatură în interior este menținută la 100-1050. Prima dată sticla deschisă cu cuier este ținută în termostat timp de 4-6 ore. După acest timp, sticla este transferată de la termostat într-un desicator pentru răcire, după 20-30

minute se cântăresc sticlele. După aceasta, sticla este deschisă și plasată din nou într-un termostat (la aceeași temperatură) timp de 2 ore. Uscarea, răcirea și cântărirea se repetă până când sticla de cântărire cântărită atinge o greutate constantă (diferența dintre ultimele două cântăriri trebuie să fie mai mică de 0,0003 g).

Procentul de apă se calculează folosind formula:

unde: x – procentul de apă; c – porțiune cântărită de material vegetal înainte de uscare, g; c1 – porțiune cântărită de material vegetal după uscare.

Echipamente și ustensile:

1) termostat;

2) sticle de sticlă.

Formular de înregistrare a rezultatelor

DETERMINAREA CUSUIRII „CRUDE” PRIN METODĂ DE CENSUARE USCATĂ

Cenușa este reziduul obținut în urma arderii și calcinării substanțelor organice. Când este ars, carbonul, hidrogenul, azotul și parțial oxigenul se evaporă și rămân doar oxizi nevolatili.

Conținutul și compoziția elementelor de cenușă în plante depinde de specia, creșterea și dezvoltarea plantelor și în special de condițiile edo-climatice și agrotehnice ale cultivării acestora. Concentrația elementelor de cenușă diferă semnificativ în țesături diferiteși organele plantelor. Astfel, conținutul de cenușă din frunze și organe erbacee ale plantelor este mult mai mare decât în ​​semințe. Există mai multă cenușă în frunze decât în ​​tulpini,

Analiza chimică a plantelor pt anul trecut a câștigat recunoaștere și răspândire largă în multe țări ale lumii ca metodă de studiere a nutriției plantelor în teren și ca metodă de determinare a nevoii plantelor de îngrășăminte. Avantajul acestei metode este relația bine definită dintre indicatorii de analiză a plantelor și eficacitatea îngrășămintelor corespunzătoare. Pentru analiză, nu se ia întreaga plantă, ci o anumită parte, de obicei o frunză sau pețiol de frunză. Această metodă se numește diagnosticarea frunzelor.[...]

Analiza chimică a plantelor se efectuează pentru a determina cantitatea de nutrienți furnizate acestora, prin care se poate judeca necesitatea utilizării îngrășămintelor (metode Neubauer, Magnitsky etc.), se pot determina indicatorii calității nutriționale și ale furajelor produselor (determinarea amidon, zahăr, proteine, vitamine etc.) p) și pentru a rezolva diverse probleme de nutriție și metabolism al plantelor.[...]

În acest experiment, plantele au fost fertilizate cu azot marcat la 24 de zile după răsărire. Ca pansament superior a fost utilizat sulfat de amoniu cu o îmbogățire de trei ori a izotopului N15 la o doză de 0,24 g N per vas. Deoarece sulfatul de amoniu etichetat aplicat ca îngrășământ a fost diluat în sol cu ​​sulfat de amoniu obișnuit, aplicat înainte de însămânțare și nefolosit complet de plante, îmbogățirea reală a sulfatului de amoniu în substrat a fost puțin mai mică, aproximativ 2,5. Din Tabelul 1, care conține datele de randament și rezultatele analizei chimice ale plantelor, rezultă că atunci când plantele au fost expuse la azot marcat între 6 și 72 de ore, greutatea plantelor a rămas practic la același nivel și la numai 120 de ore de la aplicare. fertilizare cu azot a fost vizibil crescut.[...]

Până acum, taxonomia chimică nu a reușit să împartă plantele în grupuri taxonomice mari pe baza oricărui compus chimic sau grup de compuși. Taxonomia chimică provine din analiza chimică a plantelor. Atenția principală a fost acordată până acum plantelor europene și plantelor din zona temperată, dar cercetarea sistematică asupra plantelor tropicale a fost insuficientă. În ultimul deceniu însă, sistematica în principal biochimică a devenit din ce în ce mai importantă, și anume din două motive. Una dintre ele este comoditatea utilizării unor metode analitice chimice rapide, simple și foarte reproductibile pentru studierea compoziției plantelor (aceste metode includ, de exemplu, cromatografia și electroforeza), a doua este ușurința identificării compușilor organici în plante; ambii acești factori au contribuit la soluționarea problemelor taxonomice.[...]

Când am discutat despre rezultatele analizei chimice a plantelor, am subliniat că din aceste date a fost imposibil să se stabilească vreo tipare în modificarea conținutului de proteine ​​​​de depozitare în plante la diferite momente de recoltare. Rezultatele analizei izotopilor, dimpotrivă, indică o reînnoire puternică a azotului din aceste proteine ​​la 48 și 96 de ore de la fertilizare cu azot marcat, ceea ce ne obligă să admitem că, de fapt, au fost supuse proteinele de depozitare, precum și cele constituționale. la modificări continue în corpul plantei.Și dacă în prima perioadă după recoltare compoziția izotopică de azot a proteinelor de depozitare nu s-a schimbat, atunci aceasta nu este o bază pentru a trage o concluzie despre stabilitatea lor cunoscută în aceste perioade experimentale.[... ]

Realizat simultan teste chimice plantele au arătat că cantitatea totală de azot proteic, atât în ​​acest experiment, cât și în alte experimente similare, pe perioade atât de scurte de timp, practic nu s-a modificat deloc sau s-a modificat într-o cantitate relativ nesemnificativă (în intervalul 5-10%). Acest lucru indică faptul că în plante, pe lângă formarea unei noi cantități de proteine, proteina deja conținută în plantă este în mod constant reînnoită. Astfel, moleculele de proteine ​​din corpul plantei au o durată de viață relativ scurtă. Sunt distruse și recreate continuu în procesul de metabolism intensiv al plantelor.[...]

Aceste metode de diagnosticare a nutriției prin analiza chimică a plantelor se bazează pe determinarea conținutului brut al principalelor substanțe nutritive din frunze. Probele de plante selectate sunt uscate și măcinate. Apoi, în condiții de laborator, o probă de material vegetal este cenuşată, urmată de determinarea conținutului brut de N, P2O5, KgO > CaO, MgO și alți nutrienți. Cantitatea de umiditate este determinată într-o probă paralelă. [...]

Tabelul 10 prezintă datele privind randamentul și datele analizei chimice ale plantelor pentru ambele serii de experimente.[...]

Cu toate acestea, în toate aceste experimente, au fost analizate probe medii de plante, așa cum se face în determinările convenționale ale măsurii în care plantele absorb fosforul din îngrășăminte. Singura diferență a fost că cantitatea de fosfor luată de plante din îngrășământ a fost determinată nu de diferența dintre conținutul de fosfor din plantele martor și cele experimentale, ci de măsurarea directă a cantității de fosfor marcat care a intrat în plantă din îngrășământ. . Analizele chimice simultane ale plantelor pentru conținutul de fosfor în aceste experimente au permis să se determine ce proporție din conținutul total de fosfor din plantă a fost reprezentată de fosforul de îngrășământ (etichetat) și fosforul prelevat din sol (neetichetat).

Istoria studiului fiziologiei plantelor. Principalele ramuri ale fiziologiei plantelor

Fiziologia plantelor ca ramură a botanicii.

Tema lucrării trebuie convenită cu curatorul disciplinei opționale A.N. Luferov.

Caracteristicile structurii unei celule vegetale, compoziția chimică.

1. Istoria studiului fiziologiei plantelor. Principalele secțiuni și sarcini ale fiziologiei plantelor

2. Metode de bază pentru studiul fiziologiei plantelor

3. Structura unei celule vegetale

4. Compoziția chimică a unei celule vegetale

5. Membrane biologice

Fiziologia plantelor este o știință care studiază procesele de viață care au loc într-un organism vegetal.

Informații despre procesele care au loc într-o plantă vie acumulate pe măsură ce botanica s-a dezvoltat. Dezvoltarea fiziologiei plantelor ca știință a fost determinată de utilizarea unor metode noi și mai avansate de chimie, fizică și nevoile agriculturii.

Fiziologia plantelor a apărut în secolele XVII-XVIII. Începutul fiziologiei plantelor ca știință a fost stabilit de experimentele lui J.B. Van Helmont privind nutriția cu apă a plantelor (1634).

Rezultatele unui număr de experimente fiziologice care demonstrează existența curenților descendenți și ascendenți de apă și nutrienți, nutriția aeriană a plantelor sunt prezentate în lucrările clasice ale biologului și medicului italian M. Malpighi „Anatomia plantelor” (1675-1679) și botanistul și medicul englez S. Gales „Statics plants” (1727). În 1771, omul de știință englez D. Priestley a descoperit și descris procesul de fotosinteză - nutriția aeriană a plantelor. În anul 1800, J. Senebier publică în cinci volume tratatul „Physiologie vegetale” în care erau adunate, prelucrate și interpretate toate datele cunoscute la acea vreme, s-a propus termenul de „fiziologie a plantelor”, s-au definit sarcini, metode de studiere a plantelor. fiziologia s-a dovedit experimental că sursa de carbon în fotosinteză este dioxidul de carbon, au pus bazele fotocomiei.

În secolele XIX - XX, s-au făcut o serie de descoperiri în domeniul fiziologiei plantelor:

1806 - T.A. Knight a descris și studiat experimental fenomenul geotropismului;

1817 - P.J. Pelletier și J. Cavantou au izolat un pigment verde din frunze și l-au numit clorofilă;

1826 - G. Dutrochet a descoperit fenomenul osmozei;

1838-1839 – T. Schwann și M.Ya.Schleiden au fundamentat teoria celulară a structurii plantelor și animalelor;

1840 – J. Liebig a dezvoltat teoria nutriției minerale a plantelor;

1851 - V. Hoffmeister a descoperit alternanța generațiilor în plantele superioare;

1859 - Charles Darwin a pus bazele fiziologiei evolutive a plantelor, fiziologia florilor, nutriția heterotrofică, mișcarea și iritabilitatea plantelor;

1862 - Yu. Sachs a arătat că amidonul este un produs al fotosintezei;

1865 – 1875 – K.A. Timiryazev a studiat rolul luminii roșii în procesele de fotosinteză, a dezvoltat o idee despre rolul cosmic al plantelor verzi;

1877 - W. Pfeffer a descoperit legile osmozei;

1878-1880 - G. Gelriegel și J.B. Boussingault au demonstrat fixarea azotului atmosferic la leguminoase în simbioză cu bacterii nodulare;

1897 M. Nentsky și L. Markhlevsky au descoperit structura clorofilei;

1903 - G. Klebs a dezvoltat doctrina influenței factorilor de mediu asupra creșterii și dezvoltării plantelor;

1912 - V.I. Palladin a prezentat ideea stadiilor anaerobe și aerobe ale respirației;

1920 - W.W. Garner și G.A. Allard au descoperit fenomenul fotoperiodismului;

1937 - G.A. Krebs a descris ciclul acidului citric;

1937 - M.Kh. Chailakhyan a prezentat teoria hormonală a dezvoltării plantelor;

1937 -1939 – G. Kalkar și V.A. Blitzer au descoperit fosforilarea oxidativă;

1946 – 1956 - M. Calvin și colaboratorii au descifrat calea principală a carbonului în fotosinteză;

1943-1957 – R. Emerson a demonstrat experimental existența a două fotosisteme;

1954 – D.I.Arnon și colab. a descoperit fotofosforilarea;

1961-1966 – P. Mitchell a dezvoltat o teorie chemiosmotică a cuplării oxidării și fosforilării.

La fel și alte descoperiri care au determinat dezvoltarea fiziologiei plantelor ca știință.

Principalele secțiuni ale fiziologiei plantelor diferențiate în secolul al XIX-lea - acestea sunt:

1. fiziologia fotosintezei

2. fiziologia regimului apei plantelor

3. fiziologia nutriţiei minerale

4. fiziologia creșterii și dezvoltării

5. fiziologia rezistenţei

6. fiziologia reproducerii

7. fiziologia respiraţiei.

Dar orice fenomen dintr-o plantă nu poate fi înțeles în cadrul unei singure secțiuni. Prin urmare, în a doua jumătate a secolului XX. În fiziologia plantelor, există tendința de a îmbina biochimia și biologia moleculară, biofizica și modelarea biologică, citologia, anatomia și genetica plantelor într-un singur întreg.

Fiziologia modernă a plantelor este o știință fundamentală, sarcina sa principală este de a studia tiparele vieții plantelor. Dar are o semnificație practică enormă, așa că a doua sa sarcină este de a dezvolta bazele teoretice pentru obținerea de recolte maxime de culturi agricole, industriale și medicinale. Fiziologia plantelor este știința viitorului; a treia sarcină, încă nerezolvată, este dezvoltarea de instalații pentru efectuarea proceselor de fotosinteză în condiții artificiale.

Fiziologia modernă a plantelor folosește întregul arsenal de metode științifice care există astăzi. Acestea sunt microscopice, biochimice, imunologice, cromatografice, radioizotopice etc.

Să luăm în considerare metodele instrumentale de cercetare care sunt utilizate pe scară largă în studiul proceselor fiziologice din plante. Metodele instrumentale de lucru cu obiecte biologice sunt împărțite în grupuri în funcție de orice criteriu:

1. În funcție de locul în care se află elementele sensibile ale dispozitivului (pe plantă sau nu): contact și la distanță;

2. După natura valorii rezultate: calitative, semicantitative și cantitative. Calitativ - cercetătorul primește informații doar despre prezența sau absența unei substanțe sau proces. Semicantitativ - cercetătorul poate compara capacitățile unui obiect cu altele în ceea ce privește intensitatea oricărui proces, în funcție de conținutul de substanțe (dacă acesta este exprimat nu în formă numerică, ci, de exemplu, sub forma unui scară). Cantitativ - cercetătorul obține indicatori numerici care caracterizează orice proces sau conținut de substanță.

3. Direct și indirect. La utilizarea metodelor directe, cercetătorul obține informații despre procesul studiat. Metodele indirecte se bazează pe măsurători ale oricăror cantități însoțitoare, într-un fel sau altul legate de cea studiată.

4. În funcție de condițiile experimentale, metodele se împart în laborator și teren.

Când se efectuează cercetări asupra obiectelor din plante, pot fi efectuate următoarele tipuri de măsurători:

1. Morfometrie (măsurarea diferiților indicatori morfologici și a dinamicii acestora (de exemplu, suprafața frunzei, raportul dintre suprafețele organelor supraterane și subterane etc.)

2. Masuratori de greutate. De exemplu, determinarea dinamicii zilnice a acumulării de masă vegetativă

3. Măsurarea concentrației soluției, compoziția chimică a probelor etc. folosind metode conductometrice, potențiometrice și alte metode.

4. Studiul schimbului de gaze (la studierea intensității fotosintezei și a schimbului de gaze)

Indicatorii morfometrici pot fi determinați folosind numărarea vizuală, măsurarea cu o riglă, hârtie milimetrică etc. Pentru a determina unii indicatori, de exemplu, volumul total al sistemului radicular, se folosesc instalații speciale - un vas cu un capilar gradat. Volumul sistemului radicular este determinat de volumul apei deplasate.

Când studiază orice proces pe care îl folosesc diverse metode. De exemplu, pentru a determina nivelul de transpirație, utilizați:

1. Metode de greutate (greutatea inițială a foii și greutatea acesteia după un timp);

2. Temperatura (folositi camere climatice speciale);

3. Cu ajutorul porometrelor se determină umiditatea camerei în care este amplasată planta studiată.