Тема: Запасные вещества растительной клетки
Материалы. Кусочки клубня топинамбура (Helianthus tuberosus) (выдержанные в 96% -ном спирте в течение 7-10 дней), картофеля (Solanum tuberosum); предварительно намоченные зерновки пшеницы (Triticum aestivum), овса (Avena sativa), кукурузы (Zea mays), риса (Oryza sativa), плоды гречихи (Fagopyrum sagittatum), семена фасоли (Phaseolus vulgaris), подсолнечника (Helianthus annuus); постоянный микропрепарат "Поперечный срез зерновки пшеницы (Triticum aestivum)"; глицерин, раствор йода в йодистом калии, судан-III .
Вещества живого содержимого растительной клетки - протопласта и продукты его жизнедеятельности очень разнообразны. Условно их объединяют в две группы:
1) конституционные, входящие в состав живой материи, и участвующие в обмене веществ (белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и др.);
2) эргастические включения (греч. эргон - работа) - представляющие собой компоненты протопласта, играющие вспомогательную роль в его жизни и являющиеся либо источниками материи и энергии при росте и работе живой клетки, либо отбросными продуктами ее метаболизма. Одни из них - запасные вещества, т.е. временно исключенные из процесса обмена веществ (белки, липиды, углеводы: крахмал, инулин сахар и др.). Другие вещества - конечные продукты, например, соли кальция.
Крахмал (после целлюлозы) является самым распространенным в растительном мире углеводом. Крахмал образуется в хлоропластах во время фотосинтеза (ассимиляционный или первичный крахмал). Позже он разрушается и синтезируется в амилопластах как запасной или вторичный крахмал.
Крахмальные зерна имеют разную форму (рис. 21) и образуют слоистость вокруг одной точки, называемой образовательным центром . Возникновение слоистости приписывают чередованию двух углеводов амилазы (линейные молекулы) и амилопектина (разветвленные молекулы). Расположение слоев может быть концентрическим (например, у злаков и бобовых) (рис. 21, Б; 24) и эксцентрическим (например, у картофеля) (рис. 21, А). В последнем случае, точка, вокруг которой откладываются слои, находится не в центре зерна, а сдвинута вбок.
Амилопласт может содержать одно (простое зерно) или несколько крахмальных зерен (полусложное и сложное). Если в лейкопласте имеется одна точка, вокруг которой откладываются слои, то образуется простое зерно, если две и более, то образуется сложное зерно, состоящее как бы из нескольких простых. Полусложное зерно образуется в том случае, если крахмал сначала откладывается вокруг нескольких точек, а затем после соприкосновения простых зерен вокруг них возникают общие слои. Форма крахмальных зерен своеобразна у каждого вида.
В клубнях георгина, земляной груши, корнях одуванчика и других растений семейства сложноцветных клеточный сок содержит близкий к крахмалу углевод инулин, отличающийся от крахмала растворимостью в воде. При действии спирта инулин кристаллизуется, образует так называемые сферокристаллы.
Белки - это основные органические вещества, определяющие строение и свойства живой материи. В определенные фазы развития белки могут откладываться в запас. Запасные белки наиболее часто откладываются в виде зерен округлой или овальной формы, называемых алейроновыми. Это простые белки - протеины. Они откладываются в вакуолях или лейкопластах (алейронопласты). Запасными белками очень богаты семена бобовых и злаковых растений. Большое количество белков находится в клетках, расположенных под семенной кожурой, в так называемом алейроновом слое.
Липиды включают большую группу соединений биологического происхождения. Липиды являются структурными компонентами клетки (входят в состав мембран, образуют липидные капли в цитоплазме) или эргастическими веществами. Запасные масла обычно откладываются в лейкопластах, называемых олеопластами.
Ход работы
Задание 1. Приготовить и рассмотреть временные микропрепараты крахмальных зерен клубня картофеля (Solanum tuberosum), зерновок пшеницы (Triticum aestivum), овса (Avena sativa), кукурузы (Zea mays), риса (Oryza sativa), плода гречихи (Fagopyrum sagittatum). Произвести реакцию на крахмал раствором йода в йодистом калии. Сравнить формы крахмальных зерен у разных видов растений, сделать их рисунки.
Последовательность работы. Отрезать маленький кусочек клубня картофеля и сделать им мазок на предметном стекле в капле воды. При этом из разрушенных клеток в воду переходят крахмальные зерна, в результате чего она мутнеет. Каплю накрыть покровным стеклом и рассмотреть при малом и большом увеличении. При большом увеличении хорошо видны овальные и яйцевидные зерна крахмала с эксцентрической слоистостью (рис. 21, А). При рассмотрении слоистости следует прикрыть диафрагму конденсора и слегка вращать микрометренный винт. Найти и зарисовать простые, сложные и полусложные крахмальные зерна.
Для приготовления препаратов крахмальных зерен зерновок пшеницы, овса, кукурузы, риса и плода гречихи, разрезать и извлечь кончиком иглы небольшие кусочки эндосперма каждого вида, перенести их в капли воды на предметные стекла, разрыхлить иглой, накрыть покровными стеклами и рассмотреть препараты под микроскопом.
У пшеницы крахмальные зерна обычно двух типов: мелкие округлые и линзовидные. На более крупных зернах едва видна концентрическая слоистость (рис. 21, Б).
Крахмальные зерна овса мелкие, овальные, сложные. При их развитии в лейкопластах возникают многочисленные образовательные центры, которые в сформированном зерне, как правило, не видны. Их слоистость не заметна. Сложное зерно легко распадается на отдельные составляющие его зернышки. Поэтому на микропрепарате можно наблюдать мелкие угловатые и многочисленные простые зерна (рис. 21, В).
У риса овальные сложные крахмальные зерна из простых, очень мелких граненых зернышек (рис. 21, Г ).
Крахмальные зерна кукурузы простые, многогранные, со сглаженными углами. В центре их видна трещина, по форме напоминающая штрих, галочку или звездочку (рис. 21, Д).
Крахмальные зерна гречихи очень мелкие, неправильной формы. В поле зрения микроскопа они обнаруживаются либо по одиночке, либо в скоплениях, соответствующих очертанию клетки. Слоистость крахмальных зерен не заметна. Иногда в центре зерна видна трещина (рис. 21, Е).
Рис. 21. Крахмальные зерна различных видов растений:
А - картофель (Solanum tuberosum); Б - пшеница (Triticum aestivum); В - овес (Avena sativa); Г - рис (Oryza sativa); Д - кукуруза (Zea mays); Е - гречиха (Fagopyrum sagittatum).
1 - простое крахмальное зерно, 2 - сложное, 3 - полусложное.
Реактивом на крахмал служит слабый раствор йода в йодистом калии. Заменить воду реактивом и наблюдать постепенное окрашивание крахмальных зерен от слабо-синего цвета до темно-синего и черного.
Зарисовать зерна всех рассмотренных видов, сопоставляя их размеры и формы.
Задание 2. Рассмотреть сферокристаллы полисахарида инулина на срезе клубня топинамбура (Helianthus tuberosus) (рис. 22).
Последовательность работы. Приготовить временный микропрепарат поперечного среза клубня топинамбура в капле глицерина (в воде сферокристаллы быстро растворяются). Сферокристаллы состоят из множества игловидных кристаллов. Они быстро разрастаются, захватывая несколько клеток. Стенки этих клеток видны в сферокристалле при пользовании микрометренным винтом.
Рис. 22. Сферокристаллы (1) в клетках клубня топинамбура (Helianthus tuberosus).
Задание 3. Рассмотреть алейроновый слой, алейроновые и крахмальные зерна на постоянном микропрепарате поперечного среза зерновки пшеницы (Triticum aestivum). Зарисовать фрагмент среза и сделать обозначения (рис. 23).
Рис. 23. Запасные вещества в зерновке пшеницы (Triticum aestivum) на поперечном срезе:
1 - околоплодник, 2 - кожура семени, 3 - алейроновый слой, 4 - ядро, 5 - клетки эндосперма с крахмальными зернами, 6 - крахмальные зерна.
Последовательность работы. При малом увеличении найти тонкий участок среза, на котором видна золотистая полоска из клеток алейронового слоя, расположенного сразу же под кожурой семени и покровами зерновки. В результате реакции с йодом белок приобретает желтую окраску. При большом увеличении рассмотреть плотно сомкнутые клетки алейронового слоя, имеющие кубическую форму, заполненные мелкими алейроновыми зернами. Иногда в центре клетки заметно ядро. В глубже лежащих клетках эндосперма зерновки видны крахмальные зерна. Зарисовать несколько клеток алейронового слоя, кожуру семени, сросшуюся с околоплодником, и клетки эндосперма с крахмальными зернами и сделать обозначения.
Задание 4. Приготовить временный микропрепарат поперечного среза семени фасоли (Phaseolus vulgaris), поместить его в каплю йода в йодистом калии с добавлением капли глицерина. Рассмотреть при большом увеличении содержимое клеток - алейроновые и крахмальные зерна. Сделать рисунок (рис. 24).
Рис. 24. Запасные вещества в клетке семени фасоли (Phaseolus vulgaris):
1 - простые алейроновые зерна, 2 - крахмальное зерно.
Последовательность работы. Найти при малом увеличении тонкий участок среза. При большом увеличении, видно, что семядоля фасоли состоит из крупных паренхимных клеток с небольшими межклетниками. Внутри клеток хорошо заметны большие овальные синие крахмальные зерна и между ними - золотисто-желтые простые алейроновые зерна. Отметить, что крахмальные зерна фасоли заметно отличаются от зерен картофеля очертаниями, слоями равномерной толщины (концентрической слоистостью) и наличием трещин на месте образовательного центра. Объяснить окрашивание крахмальных и алейроновых зерен раствором йода в йодистом калии. При большом увеличении зарисовать клетку семени фасоли, отметить крахмальные и алейроновые зерна.
Задание 5. Приготовить временный препарат из семени подсолнечника (Helianthus annuus), окрасив его реактивом судан-III. Рассмотреть и зарисовать липидные капли.
Последовательность работы. Нанести в центр предметного стекла на кончике иглы кусочек семени, окрасить его реактивом cудан-III и накрыть покровным стеклом. Препаровальной иглой слегка надавить на фрагмент семени. На краях препарата появятся крупные желтые капли масла. Зарисовать клетку и обозначить липидные капли.
Контрольные вопросы
1. Что такое конституционные и эргастические вещества?
2. При помощи каких реактивов и красителей можно обнаружить в клетках запасные вещества: крахмал, белки, жирное масло?
3. В чем отличие первичного и вторичного крахмала?
4. Почему крахмальные зерна образуют слоистость?
5. В чем разница между простым, полусложным и сложным крахмальными зернами?