Лабораторна робота №10-11

Тема: МОРФО-АНАТОМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ ЛИСТКІВ. ФОТОСИНТЕЗ

Мета: Сформувати поняття про анатомічну будову листків одно-та дводольних рослин, зв’язок будови та функцій, залежність будови від екологічних умов. Ознайомитись з особливостями будови вегетативної та генеративної бруньок.

Об'єкти:

1. Листок камелії – Саmеllia jароnіса L.

2. Листок кукурудзи – Zеа mауs L.

3. Хвоїнка сосни – Ріnus sуlvеstris L.

Завдання:

Повторити будову листка одно- і дводольних рослин, голонасінних.

Вивчити булову вегетативної та генеративної бруньок

Опрацювати гербарний та інший ілюстративний матеріал.

Обладнання і матеріали: мікроскопи МБР-1 або Біолам, лупи, бритви, скальпелі, пінцети, препарати, таблиці, живий і фіксований роздатковий матеріал, відеоматеріали демонстрації дослідів про фотосинтез

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Листок – це бічний орган обмеженого росту, який наростає основою шляхом вставного росту (у однодольних) або всією поверхнею (у дводольних). Основні функції – фотосинтез, газообмін, транспірація. Крім того, у листках можуть відкладатися запасні продукти, в деяких випадках листок є органом вегетативного розмноження.

У більшості рослин листок складається з більш або менш широкої пластинки, прикріпленої до стебла за допомогою черешка (черешковий листок). Пластинка виконує основні функції листка. Черешок орієнтує пластинку відносно джерела світла.

Якщо черешка немає, листок називають сидячим.

Часто біля основи черешка утворюються парні бічні вирости – прилистки, зелені або плівчасті. Звичайно, вони менші за пластинку, але у деяких рослин більші і функціонують як пластинка (бобові).

Якщо прилистки зростаються, то утворюється розтруб (гречкові). Іноді основа черешка розширяється у піхву, що охоплює стебло (селерові). У злаків листок складається з довгої трубчастої піхви і вузької пластинки. Біля основи пластинки розташований плівчастий придаток – язичок, а іноді ще два вирости по боках – вушка.

Анатомічна будова листка зумовлена, з одного боку, еволюцією органу внаслідок природного ускладнення його будови у різних систематичних груп рослин, а з другого боку, внутрішня диференціація є результатом пристосування рослин до різноманітних умов наземного існування і, нарешті, у зв'язку з виконанням функції повітряного живлення, транспірації і газообміну. Саме комплекс цих факторів був причиною генезису та вдосконалення анатомічної будови листка у різних груп рослин.

Внутрішня будова листка тісно пов’язана з його функціями. Листкова пластинка зверху та знизу вкрита епідермою (шкірочкою), яка захищає лист від висихання, механічних пошкоджень тощо. Між верхнім і нижнім епідермісом знаходиться мезофіл листка, пронизаний жилками.

Шкірка (епідерма) утворена одним шаром щільно розташованих клітин і вкриває листок з обох сторін. Ці безбарвні та прозорі клітини дають можливість променям сонця легко проникати всередину. Зовні шкірка листка вкрита тонкою плівкою – кутикулою, яка сприяє зменшенню транспірації. Іноді зовні стінки клітин інкрустовані кремнеземом (пшениця, осока), що надає їм міцність. Газообмін з навколишнім середовищем та транспірацію води рослиною здійснюють продихи, які звичайно розташовані на нижньому боці листкової пластинки. Продихи – щілини, що утворені двома квасолеподібними замикаючими клітинами з численними хлоропластами. Під продихом знаходиться велика продихова порожнина. Оболонки цих клітин потовщені нерівномірно: внутрішня, звернена до щілини, товстіша, ніж протилежна. Зміни тургору (напруження) продихових клітин змінюють їхню форму, завдяки чому продихова щілина буває відкритою, звуженою або повністю закритою від умов навколишнього середовища. Так, вдень продихи відкриті, а вночі та в жарку суху погоду – закриті. Завдяки випаровуванню навколо рослини створюється особливий мікроклімат, необхідний для її нормальної життєдіяльності. Транспірація захищає листки від перегрівання. До того ж випаровування сприяє надходженню нової кількості води в корінь і підняттю її по стеблу до листків, підтримуючи тим самим постійний рух води по рослині. Продихи розташовуються звичайно на нижньому боці листка, у водних рослин – лише на верхній поверхні листка.

Під верхньою шкіркою знаходиться один або кілька шарів великих прямокутних клітин, які розміщені ніби стовпчики – стовпчасті клітини, щоб отримувати більше світла. Великі й овальні та зелені, вони містять хлоропласти, у яких відбувається фотосинтез. Зелені клітини розташовуються біля поверхні листа. Клітини нижніх шарів м’якоті листка нещільно прилягають одна до одної, мають неправильну форму і містять менше хлоропластів – губчасті клітини. Проміжки між цими клітинами називаються міжклітинниками. Вони заповнені повітрям і водяною парою. Міжклітинники сполучені з продихами. Ці шари клітин виконують функції транспірації та газообміну.

М’якоть листка пронизана густою сіткою жилок, які утворені з судин (елементи ксилеми) і ситовидних трубок (елементи флоеми) і разом із механічною тканиною листка утворюють судинно-волокнистий пучок. Будова судинно-волокнистих пучків основних жилок листка типова, оскільки це є продовженням їх із стебла, але в міру галуження пучків спостерігається зменшення судин та ситоподібних трубок. Закінчуються жилки окремими трахеїдами. Судинно-волокнисті пучки здійснюють постачання листка водою і розчиненими в ній мінеральними речовинами, а також виведення із листка органічних речовин, які утворилися в процесі фотосинтезу. Крім того, жилки виконують механічну роль.

ХІД РОБОТИ

1. На готовому препараті за малого збільшення мікроскопа (*8) ретельно вивчіть загальну будову листка дводольних рослин на прикладі камелії і схематично простим олівцем зарисуйте структурний розподіл окремих груп тканин, покажіть їх співвідношення (рис. 10.1). Подальше вивчення із поетапим заповненням рисунку проводять при великому збільшенні мікроскопа, послідовно заповнюючи кожний блок відповідними тканинами.

Будова листка дводольних

В листка камелії добре відокремлений і помітний верхній і нижній епідерміси. Верхній епідерміс утворений одним шаром клітин, витягнутих у горизонтальному напрямі. Клітини паренхімні з тонкими оболонками. Зовнішня оболонка клітин епідермісу просочена кутином, який зверху вкриває епідерміс суцільною золотистою плівочкою кутикули.

Під епідермісом по обидва боки від центральної жилки залягають 2– 4 шари щільно зімкнутих клітин стовпчастої паренхіми, розміщених перпендикулярно до поверхні листка. Клітини видовжені, живі, паренхімні, з тонкими клітинними оболонками, заповнені хлоропластами. Унаслідок високого вмісту хлоропластів стовпчаста, або палісадна

Під стовпчастою паренхімою розміщена, її особливістю є рихле розміщення клітин кутастої або овальної форми з тонкими оболонками і з меншою кількістю хлоропластів, ніж у стовпчастої паренхіми. Між клітинами виникають великі міжклітинники, які, зливаючись між собою, утворюють повітряні ходи. Завдяки цьому губчаста паренхіма виконує функцію газообміну і транспірації та фотосинтезу. У клітинах губчастої паренхіми в окремих місцях видно мішковидні клітини, заповнені призматичними друзами – кристалами щавлевокислого кальціюпаренхіма виконує функцію фотосинтезу.

Стовпчаста і губчаста паренхіми разом утворюють мезофіл або м'якуш листка. У губчастій паренхімі зустрічаються великі розгалуженні механічні клітини – склереїди ( ідіобласти), які виконують опорну функцію. Знизу губчаста паренхіма межує з нижнім епідермісом. Як і верхній, він утворений одним шаром живих паренхімних клітин із тонкими оболонками. Нижній епідерміс має слабо виявлену кутикулу і численні продихи. На готовому препараті добре помітні замикаючі клітини як дві золотисті частки, розділені продиховою щілиною, що з'єднується з дихальною порожниною, з'єднаною з повітряними ходами губчастої паренхіми.

У середній частині препарату видно велику яскраву центральну жилку, а по боках – менш розвинуті бічні провідні пучки. Центральний провідний пучок оточений суцільним кільцем склеренхіми, утвореної багатокутними щільно зімкнутими прозенхімними клітинами з дуже потовщеними оболонками по всьому периметру. Легко помітити, що в пучку ксилема орієнтована до верхнього епідермісу і поділена на окремі сектори радіальними променями з живих клітин, забарвлених у блакитний колір.

Судини і трахеїди ксилеми здерев'янілі з потовщеними клітинними оболонками. Флоема обернена до нижньої сторони листка. В її складі видно порожнисті ситовидні трубки, інколи з ситовидними пластинками, і дрібні клітини-супутниці, заповнені густим цитоплазматичним вмістом. Пучок оточує склеренхіма. Паренхімна обкладка відокремлює пучок від мезофілу, клітини її не містять хлоропластів. Вище та нижче пучка розташована коленхіма, яка примикає до епідермісу.

Рис. 10.1. Листок камелії (Camellia japonica) в поперечному зрізі: 1– верхній епідерміс, 2 – стовпчаста паренхіма, 3 – губчаста паренхіма, 4 – клітина з друзою, 5 – склереїда, 6 – провідний пучок, 7 – нижній епідерміс, 8 – продихи

2. Ознайомитись із методикою виготовлення препарату листку кукурудзи, вивчіть особливості будови листка односім'ядольних рослин. Замалюйте та позначте його складові частини.

Методика виготовлення препарату поперечного зрізу листка кукурудзи та мікроскопічне дослідження

На протерте предметне скло нанесіть краплину води. Візьміть шматочок серцевини бузини і зробіть у ній поздовжній розріз на глибину 1,5 см. У розріз встроміть шматочок висічки листка, зробленої уздовж листка по обидва боки центральної жилки шириною до 1,5 см. За допомогою скальпеля або леза вирівняйте поверхню серцевини з висічкою листочка. Вона має бути перпендикулярною до осі центральної жилки листка. Гострою бритвою зробіть серію зрізів. За допомогою лупи відберіть 2– 3 якнайкращих: тонких і прозорих із захватом центральної жилки. Зрізи помістіть у краплину розчину йоду. Зрізи накрийте покривним скельцем.

При малому збільшенні мікроскопа зарисуйте схему структурного розподілу окремих груп тканин, їх співвідношення. Подальше вивчення доцільно проводити при великому збільшенні мікроскопа.

Будова листка однодольних

На препараті легко знайти верхній і нижній епідерміси (рис.10.2), в яких містяться численні продихи, складені двома замикаючими клітинами. Нижній епідерміс утворений одним шаром живих більш-менш однорідних клітин, витягнутих у горизонтальному напрямі. Зовнішні оболонки клітин вкриває потужний шар кутикули золотистого кольору. Верхній епідерміс з одноклітинними простими волосками у заглибленнях, утворений двома типами клітин: звичайними невеликими епідермальними живими паренхімними клітинами і великими порожнистими клітинами, так званими локомоторними з пониженим тургором, з їх участю у посуху відбувається згортання листків у трубочку.

Паренхіма міститься між двома епідермісами, називається мезофілом листка. У ньому не видно чіткої диференціації на сповпчасту та губчасту паренхіми. Клітини мезофілу мають більш-менш однакову овальну або округлу, витягнуту форму клітин, заповнені хлорофільними зернами. Це зумовлено тим, що листок розміщений під кутом і добре освітлений з обох боків. Клітини мезофілу, що примикають до верхнього епідермісу, мають середні розміри, щільніше зімкнуті порівняно з рихлими, розмежованими міжклітинниками, що прилягають до нижнього епідермісу.

Центральний провідний пучок складається із ксилеми, зорієнтованої до верхнього епідермісу, і флоеми, обернутої до нижнього епідермісу. Ксилема складається з однієї меншої судини (протоксилеми), оточеної водоносною паренхімою, і двох великих пористих судин (метаксилеми), з'єднаних між собою товстостінною паренхімою. Між протоксилемою та метаксилемою розміщена невелика кількість ксилемної паренхіми. Флоема у пучку досить розвинута і представлена ситовидними порожнистими трубками і дрібненькими клітинами-супутницями, заповненими цитоплазматичним вмістом.

Навколо флоеми і ксилеми знаходиться один шар великих, тонкостінних клітин обгортки, які в старіших листках повністю або частково дерев'яніють зверху і знизу. До цих ділянок обкладочного кільця примикають багатокутні склеренхімні клітини, що заповнюють весь проміжок до верхнього і нижнього епідермісів. У менших пучках ксилема слабо розвинута і повніше представлена флоема, оточені великими обкладочними паренхімними клітинами, заповненими хлорофільними зернами.

Рис. 10.2. Анатомічна будова листка кукурудзи: 1– волоски, 2 – локомоторні клітини, 3 – звичайні клітини 4– кутикула, 5 – верхній епідерміс, 6 – мезофіл листка, 7 – клітини обкладинки, 8 – ксилема; 9 – флоема, 10 – ксилемна паренхіма, 11 – нижній епідерміс

3. Розгляньте й вивчіть особливості будови хвоїнки сосни. Зарисуйте схему анатомічної будови хвої (Рис. 10.4).

Методика виготовлення препарату поперечного зрізу хвоїнки сосни та мікроскопічне дослідження

Суцільна золотиста кутикула вкриває одношаровий епідерміс. Клітини епідермісу майже квадратні з потовщеними оболонками. В окремих місцях є продихи, що складаються із заглиблених замикаючих клітин із потовщеними оболонками. Продихи заглиблюються навіть у розміщену нижче тканину гіподерми.

Гіподерма утворена з одного шару паренхімних клітин, витягнутих у горизонтальному напрямі. Клітинні оболонки слабо потовщені, але здерев'янілі, захищають внутрішні тканини хвоїнки.

Під гіподермою залягає багатошарова складчаста паренхіма, її особливістю є утворення вип'ячувань оболонок в середину клітини у вигляді складок, звідки й назва тканини – складчаста паренхіма. Уздовж складок розміщуються хлоропласти, у зв'язку з чим її називають також складчастою хлоренхімою. Клітини великих розмірів із тонкими оболонками.

У складчастій паренхімі занурені схізогенні смоляні ходи, розміщені у пристінному шарі або відділені від гіподерми 1– 4 шарами клітин. Смоляні ходи округлі і складаються із каналу смоляного ходу, в якому інколи видно краплини смоли. Вистилають канал живі паренхімні епітеліальні клітини, функцією яких є виділення живиці.

Далі до центру розміщений ще один шар клітин ендодерми, клітини якої великих розмірів, мають дещо потовщені оболонки, заповнені крохмальними зернами.

Нижче видно досить потужний шар трансфузійної паренхіми, утвореної живими паренхімними клітинами з крохмальними зернами і порожнистими мертвими клітинами зі здерев'янілими оболонками.

На препараті хвоїнки виділяються два провідних пучки, їх ксилеми утворені трахеїдами, розміщеними радіальними рядами, зорієнтовані до зовнішньої плоскої верхньої епідерми, а флоема, утворена ситоподібними трубками – до випуклої нижньої частини хвоїнки.

Між провідними пучками та біля флоеми добре помітно луб'яні, або склеренхімні, волокна, що надають хвої міцності.

Рис.10.3. Хвоїнка сосни (Pinus sylvestris) у поперечному зрізі. А – детальний рисунок: 1 – кутикула; 2 – епідерміс; 3 – гіподерма; 4 – склеренхімні клітини; 5 – епітеліальні клітини; 6 – канал смоляного ходу; 7 – складчаста паренхіма; 8 – продихи; 9 – ксилема; 10 – флоема; 11 – луб'яні волокна; 12 – смоляні ходи; 13 – ендодерма; 14 – трансфузійна паренхіма

Рис. 10.4. Хвоїнка сосни (Pinus sylvestris) у поперечному зрізі. Б – схематичний рисунок: 1 – епідерміс, 2 – продих, 3 – гіподерма, 4 – складчаста паренхіма, 5 – смоляний хід, 6 – ендодерма, 7 – ксилема, 8 – флоема, 7– 8 – провідний пучок, 9 – склеренхіма, 10 – трансфузійна паренхіма

4. Переглянути та опрацювати відеоматеріали за темою «Фотосинтез».

Інтернет-ресурси:

Будова листка: https://www.youtube.com/watch?v=qVqlYx7mFRY

https://www.youtube.com/watch?v=pwymX2LxnQs

Будова бруньок: https://www.youtube.com/watch?v=8IGneedJPTI

Фотосинтез:

https://www.youtube.com/watch?v=KkYDG7Kx3vg

https://www.youtube.com/watch?v=MeD7n6fnLMA

https://www.youtube.com/watch?v=xrybcmLkBYw

https://www.youtube.com/watch?v=c7Ya5xoy2nw

https://www.youtube.com/watch?v=xEF8shaU_34

https://www.youtube.com/watch?v=qQyOxwNOkNY

https://www.youtube.com/watch?v=Rz4yRzEonMs

Траспорт речовин https://www.youtube.com/watch?v=JFb-CWlz7kE

5. Коротко законспектувати основні поняття і терміни.

Фотосинтез. Фотоси́нтез (від грец. φωτο – світло та грец. σύνθεσις – синтез, сукупність) – процес синтезу органічних сполук з вуглекислого газу (карбон діоксиду) та води з використанням енергії світла й за участю фотосинтетичних пігментів: (хлорофіл у рослин, хлорофіл, бактеріохлорофіл і бактеріородопсин у бактерій), часто з виділенням кисню як побічного продукту.

Фотосинтез – єдиний процес у біосфері, який призводить до засвоєння енергії Сонця і забезпечує існування як рослин, так і всіх гетеротрофних організмів.

Узагальнене рівняння фотосинтезу:

6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Виділяють три етапи фотосинтезу:

1. Фотофізичний;

2. Фотохімічний;

3. Хімічний.

На першому етапі відбувається поглинання фотонів світла пігментами, їх перехід в збуджений стан і передача енергії до інших молекул фотосистеми.

На другому етапі відбувається розділення зарядів в реакційному центрі, перенесення електронів фотосинтетичним електроно-транспортним ланцюгом, що закінчується АТФ і НАДФН.

Перші два етапи разом, називають світлозалежною стадією (фазою) фотосинтезу.

Третій етап відбувається вже без обов'язкової участі світла і охоплює біохімічні реакції синтезу органічних речовин з використанням енергії, накопиченої на світлозалежній стадії. Найчастіше як такі реакції, розглядається цикл Кальвіна і глюконеогенез, утворення цукрів і крохмалю з вуглекислого газу повітря.

Отже, узагальнивши, процес фотосинтезу включає в себе дві стадії:

- Отримання водню (фотоліз) - при цьому кисень виділяється як побічний продукт реакції;

- Отримання глюкози (відновлення).

Світлова фаза

Перша стадія фотосинтезу протікає на світлі.

У ході першої стадії з АДФ( аденозиндифосфату) і фосфату синтезується АТФ (денозинтрифосфат) .

НАДФ (нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат) відновлюється до НАДФ ∙ H2.

Синтез АТФ за рахунок енергії світлових квантів називається фотофосфорилування .

Кисень як побічний продукт реакції виділяється тільки під час нециклічного процесу.

Темнова фаза

Для реакцій у другій стадії світло не потрібне.

У темновій стадії за участю АТФ і НАДФН відбувається відновлення CO₂ до глюкози. Хоча світло не потрібне для здійснення даного процесу, воно бере участь у його регуляції.

Відновлення CO₂ відбувається за рахунок енергії АТФ і накопиченого НАДФ ∙ H₂. Такий процес отримав назву C₃- фотосинтезу. Наступний цикл реакцій (цикл Кальвіна ) призводить до утворення з ФГК цукру ( наприклад, глюкози), а також ресинтезу рібулозобісфосфата. У деяких рослин (наприклад, цукрового очерету, сої) спостерігається так званий C₄- фотосинтез, в реакціях якого CO₂, відновлюючись, включається до складу органічних кислот, що мають чотири атома вуглецю ( наприклад, яблучної).

Цикл Кальвіна

Інтернет-ресурс: https://naurok.com.ua/prezentaciya-fotosintez-265088.html

Висновки.

В процесі вивчення листка було виявлено особливості внутрішньої диференціації та спеціалізації окремих груп тканин. Ці особливості характерні для життєвих форм різних систематичних груп рослин. Виявлені відмінності зумовлені природними генетичними властивостями виду та дією природних екологічних факторів.

Процес фотосинтезу включає в себе дві стадії: отримання водню (фотоліз), при коли кисень виділяється як побічний продукт реакції; утворення глюкози (відновлення).

Контрольні питання:

1. Знати будову і функції листка.

2. Види листкової пластинки

3. Видозміни листків

4. Фотосинтез – це…

5. Етапи фотосинтезу, значення фотосинтезу