VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение веществ, влияющих на целостность клеточных стенок корней Хлорофитума хохлатого (Chlorophytum comosum)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Каптуревский Д.Е. 1

---

1МАОУ "Викуловская СОШ № 2"

Арефьева Е.В. 1

---

1МАОУ "Викуловская СОШ № 2"

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Окружающий нас мир живых организмов представляет собой биологические системы разной структурной упорядоченности и иерархичности соподчинения. Любая растительная клетка и её содержимое отделены от внешней среды и соседних клеток поверхностной структурой – клеточной стенкой, которая представляет собой поверхностный структурированный слой клетки. Это периферическая структура обусловливает связь клетки с окружающей средой, её регуляцию и защиту. Некоторые токсические вещества оказывают большое влияние на данную клеточную структуру, вызывая её разрушение.

Рис.1. Строение растительной клеточной стенки

Клеточная стенка представляет собой жесткий, полупроницаемый защитный слой в некоторых типах клеток. Это внешнее покрытие расположено рядом с клеточной (плазматической) мембраной в большинстве клеток растений, грибов, бактерий, водорослей и некоторых археев. Тем не менее, животные клетки не имеют клеточной стенки. Она выполняет множество важных функций, включая защиту и структурную поддержку.

Особенности строения клеточной стенки зависят от вида организма. К примеру, у растений, она обычно состоит из сильных волокон углеводной полимерной целлюлозы, которая является главным компонентом хлопка и древесины, а также используется в производстве бумаги.

Структура клеточной стенки растений

Клеточная стенка растений многослойная и включает три секции: внешний слой или средняя пластинка, первичная и вторичная клеточные стенки. Хотя все растительные клетки имеют среднюю пластинку и первичную клеточную стенку, не у всех есть вторичная клеточная стенка.

Средняя пластинка - внешней слой клеточной стенки, который содержит полисахариды, называемые пектинами. Пектины помогают в адгезии клеток, связывая стенки соседних клеток друг с другом.

Первичная клеточная стенка - слой, образованный между средней пластинкой и плазматической мембраной в растущих клетках растений. Он состоит в основном из целлюлозных микрофибрилл, содержащихся в гелеобразной матрице из гемицеллюлозных волокон и пектиновых полисахаридов. Первичная клеточная стенка обеспечивает прочность и гибкость, необходимые для роста клеток.

Вторичная клеточная стенка - слой, образованный между первичной стенкой клетки и плазматической мембраной в некоторых растительных клетках. Когда первичная клеточная стенка перестает делиться и расти, она может сгущаться, образуя вторичную клеточную стенку. Этот прочный слой укрепляет и поддерживает клетку. Кроме целлюлозы и гемицеллюлозы, некоторые вторичные клеточные стенки включают лигнин, который усиливает их и обеспечивает водопроводимость клеток сосудистой ткани растений.

Функции клеточной стенки

Основные функции клеточной стенки заключаются в том, чтобы сформировать каркас для клетки и предотвратить ее расширение. Целлюлозное волокно, структурные белки и другие полисахариды придают клеткам форму и обеспечивают поддержку. К дополнительным функциям клеточной стенки относятся:

Поддержка - обеспечение механической прочности и структуры, а также контроль направления роста клеток.

Выдерживает тургорное давление - сила воздействия содержимого клетки (протопласта) на ее стенки. Это давление помогает растению оставаться жестким и прямостоящим, но может также вызвать разрушение клетки.

Регулировка роста - посылает сигналы клеткам для входа в клеточный цикл, чтобы делится и расти.

Регулировка диффузии - пористая структура клеточной стенки позволяет некоторым необходимым веществам, включая белки, попадать внутрь клетки, препятствуя проникновению других.

Связь - клетки взаимодействуют между собой через плазмодесмы (поры или каналы между стенками растительных клеток, которые позволяют молекулам и сигналам связи проходить между отдельными клетками растения).

Защита - осуществляет защиту клеток от вирусов и остальных опасных веществ или микроорганизмов, а также помогает предотвратить потерю воды.

Хранение - хранит углеводы, которые используются для роста растений, особенно в семенах.

Нас заинтересовал вопрос, который мы сформулировали в цели нашей работы.

Цель работы:

изучение веществ, вызывающих разрушение клеточных стенок корней хлорофитума хохлатого.

Задачи работы:

изучить вещества, влияющие на клеточные стенки растительной клетки.

выявить наиболее агрессивное химическое соединение, разрушающее клеточную стенку растительной клетки.

совершенствовать практические навыки по работе со световым и электронным микроскопами.

Предмет исследования: растительная клетка корня хлорофитума хохлатого.

Объект исследования: клеточная стенка растительной корня хлорофитума хохлатого.

В нашей работе мы пользовались методикой Г.Н. Ефименко, учителя биологии Московской экономической школы.

Приборы и материалы:

растение (хлорофитум хохлатый) – 7 экземпляров;

скальпель;

пинцет;

пипетка;

лабораторная посуда;

вода;

этиловый спирт (96%);

растворы лимонной кислоты;

энергетический напиток, содержание таурина 40%;

табачная вытяжка;

смесь (куриное яйцо + вода);

световой и электронный микроскопы.

Безопасность и чистота эксперимента

1. Пользовались только чистой и сухой лабораторной посудой.

2. Промывали скальпель и пинцет в воде перед каждым опытом.

3. Соблюдали технику безопасности при работе с режущими, острыми предметами, со стеклом.

Практическая часть

1. Мы приготовили 7 опытных растений хлорофитума хохлатого, все они были взяты от одного материнского растения, при этом следили за тем, чтобы они были одинаковыми (16.01.2019 г.);

Фото 1. Подготовка опытных образцов.

2. При появлении корней у опытных растений поместили их в химические стаканы и добавили по мл следующих жидкостей: (02.02.2019 г.)

Проба № 1 – вода (контроль);

Проба № 2 – раствор натуральной лимонной кислоты;

Проба № 3 – раствор синтетической лимонной

кислоты;

Проба № 4 – таурин (40% энергетический напиток);

Проба № 5 – смесь (яйцо+вода);

Проба № 6 – табачная вытяжка;

Проба № 7 – раствор чая.

Фото 2,3. Подготовка опытных растворов

3. Через 3 дня 05.02.2019 г.) отметили изменение жидкостей и состояние листьев хлорофитума хохлатого;

4. Оформили результаты в виде таблицы:

таблица 1

5. Далее мы приготовили микропрепараты корней хлорофитума хохлатого и рассматривали их с помощью микроскопа. Полученные результаты микроскопии оформили в виде таблицы (09.02.2019 г.):

таблица 2

Интерпретация полученных результатов

В ходе данной работы выяснялось влияние различных химических веществ на клеточную стенку корней у хлорофитума хохлатого.

Выбор веществ не случаен: например, этанол – полярное соединение, лимонная кислота – электролит. Они взаимодействуют, в основном с полярными (гидрофильными) составляющими (белками, гликопротеидами, полярными головками молекул фосфолипидов) и вызывают денатурацию белков и их частичную экстракцию. Все это приводит к нарушению целостности клеточных стенок.

При исследовании микропрепаратов мы использовали световой и электронный (виртуальная лаборатория «Архимед») микроскопы. Наиболее положительно зарекомендовал себя именно электронный микроскоп, который приспособлен для работы в школьных и полевых условиях. Он снабжен преобразователем визуальной информации в цифровую, обеспечивающим передачу в компьютер в реальном времени изображения микрообъекта и микропроцесса, а также их хранение, в том числе в форме цифровой видеозаписи. Микроскоп имеет простое USB-интерфейс, двухуровневую подсветку. В комплекте имеется программное обеспечение с простым и понятным интерфейсом.

Он позволяет:

увеличивать изучаемые объекты, помещённые на предметный столик, в 10, 60 и 200 и более раз, мы использовали 200х кратное увеличение;

использовать как прозрачные, так и непрозрачные объекты, как фиксированные, так и нефиксированные.

фотографировать, а также производить видеосъёмку происходящего, нажимая соответствующую кнопку внутри интерфейса программы.

производить простейшие изменения в полученных фотографиях, не выходя из программы микроскопа: наносить подписи и указатели, копировать части изображения и так далее.

собирать из полученных результатов фото - и видеосъёмки демонстрационные подборки - «диафильмы» (память программы может хранить одновременно 4 последовательности, включающих до 50 объектов каждая).

распечатывать полученный графический файл в трёх разных режимах:

демонстрировать исследуемые объекты и все производимые с ними действия на мониторе персонального компьютера и/или на проекционном экране, если к компьютеру подключён мультимедиа проектор.

данный микроскоп можно использовать как бинокуляр (увеличение в 10 или 60 раз). Объектами исследования являются части цветка, поверхности листьев, корневые волоски, семена или проростки.

Выводы

Были изучены факторы, влияющие на целостность клеточных стенок корней хлорофитума хохлатого.

Самыми агрессивными веществами являются таурин и табачная вытяжка, что свидетельствует о вредном влиянии этих веществ на любой живой организм, в частности, на растительный.

Практическая значимость

Практическая значимость работы заключается в следующем: методические рекомендации по проведению лабораторного химического практикума легли в основу программы элективного курса «Биологическая химия» для обучающихся 10- 11 профильных классов (специализация – биология) и программы кружка «Тайны микробиологии».

Список литературы

1. Соколова Т.А. Декоративное растениеводство. Уход за цветочными культурами открытого и закрытого грунта (с. 79)

2. Чувикова А.А., Потапов С.П., Черных Т.Г., Коваль А.А.; Под ред. С.П. Потапова. - М.: Колос, 1984. - 239 с.

3. Декоративное растениеводство: Цветоводство: учебник для студ. вузов / Соколова Т.А., Бочкова И.Ю. -- 4-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2010. - 432 с., [16] с цв. вкл.: ил.

4. Яковлев Г. П., Челомбитько В. А. Ботаника: Учебник для вузов/ Под ред. Р.В. Камелина.- СПб.: СпецЛит, Издательство СПХФА, 2003.- 647 с.; ил.

5. Цветочно-декоративные растения закрытого грунта: учеб. пособие для нач. проф. Образования / О. Н. Бобылева. - 3-е изд., стер. - М. : Издательский центр «Академия», 2012. - 208 с., [16] с. цв. ил.

6. Бутенко Р. Г. Биология культивируемых клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе, Монография. -- Москва, ФБК-Пресс, 1999. -- 159 с.

7. Катаева Н. В., Бутенко Р. Г. Клональное микроразмножение растений. -- М., 1983.

8. Культура клеток растений. / под ред. Р. Г. Бутенко. М., 1986.

9. Нарциссы. Тюльпаны. Альбом-справочник / Сост. А. Марков. -- М.: Россельхозиздат, 1986. -- 254 с.

10. Лилии / Заливский И. Л.. -- М.: Сельхозгиз, 1959. -- 112 с.

11. Энциклопедия садовода / Честмир Бём и др.. -- Прага: Артия, 1987. -- 408 с.

приложение 1

Фото .Хлорофитум хохлатый

Хлоро́фитум (лат. Chlorophytum) — род травянистых растений. Ранее Хлорофитум относили к семейству Лилейные; среди современных исследований нет единого мнения относительно места этого рода: по данным Королевских ботанических садов в Кью род относится к семейству Спаржевые, по данным сайта GRIN — к семейству Агавовые.

Травянистое растение с пониклыми стеблями. Его длинные линейные листья собраны в прикорневые пучки. Цветки у хлорофитума мелкие, собраны в рыхлую метелку. Стебли дуговидной формы после цветения образуют на своих концах пучки листьев с воздушными корнями. Сильные экземпляры имеют многочисленные свисающие стебли с розетками листьев.

По информации базы данных The Plant List, род включает 196 видов. Некоторые из них:

Хлорофитум является одним из наиболее распространенных неприхотливых комнатных растений, хотя летом требует обильного полива. Он быстро растет, а весной и летом на тонких стеблях появляются сначала мелкие белые цветы, а потом крошечные розетки листьев. Их можно отделить от растения и укоренить. Хлорофитум считается одним из наиболее эффективных очистителей воздуха в комнате. Он поглощает формальдегид и окись углерода и выделяет кислород.

Биологические особенности выращивания

Температура. Умеренная. Зимой не выше 18 °C. Хлорофитум не погибнет при неблагоприятных температурах, но это обязательно скажется на его внешнем виде. Холодные сквозняки или содержание около не утепленного окна вредят растению.

Освещение. Хлорофитум относится к светолюбивым растениям. Предпочитает яркий рассеянный свет. Хорошо растет около восточного или западного окна. Может расти и на северном окне, но в слишком темном месте растение теряет декоративную привлекательность. На южном окне нужно притенение.

Полив. Требует обильного полива с весны до осени и умеренного зимой. Почва должна быть все время влажной.

Удобрение. Проводят удобрительные поливки 1 раз в 2 недели с марта по август комплексным удобрением для декоративно-лиственных растений.

Влажность воздуха. Летом время от времени листья полезно опрыскивать и устраивать теплый душ. Обязательно опрыскивание, если растение содержится рядом с отопительной системой.

Пересадка. Ежегодно в феврале — марте. Крупные растения или старые пересаживают через два года, но подкармливают ежегодно. Почва — 2 части дерновой, 1 часть перегнойной, 1 часть листовой земли и 1 часть песка. Хлорофитум имеет большие толстые корни, если они разрастаются, то горшки трескаются около дна. Поэтому хлорофитуму дают просторную посуду.

Размножение. Укоренением дочерних розеток, а также делением при пересадке.

приложение 2

Плазмолиз (от др.-греч. πλάσμα — вылепленное, оформленное и λύσις — разложение, распад), отделение протопласта от клеточной стенки в гипертоническом растворе.

Плазмолизу предшествует потеря тургора.

Плазмолиз возможен в клетках, имеющих плотную клеточную стенку (у растений, грибов). Клетки животных, не имеющие жесткой оболочки, при попадании в гипертоническую среду сжимаются, при этом отслоения клеточного содержимого от оболочки не происходит. Характер плазмолиза зависит от ряда факторов:

от вязкости цитоплазмы;

от разности между осмотическим давлением внутриклеточной и внешней среды;

от химического состава и токсичности внешнего гипертонического раствора;

от размера, количества и формы вакуолей.

Различают уголковый плазмолиз, при котором отрыв протопласта от стенок клетки происходит на отдельных участках. 

Вогнутый плазмолиз, когда отслоение захватывает значительные участки плазмалеммы, и выпуклый, полный плазмолиз, при котором связи между соседними клетками разрушаются практически полностью. Вогнутый плазмолиз часто обратим; в гипотоническом растворе клетки вновь набирают потерянную воду, и происходит деплазмолиз. Выпуклый плазмолиз обычно необратим и ведет к гибели клеток.

Выделяют также судорожный плазмолиз, подобный выпуклому, но отличающийся от него тем, что сохраняются цитоплазматические нити, соединяющие сжавшуюся цитоплазму с клеточной стенкой, и колпачковый плазмолиз, характерный для удлиненных клеток.

Существует 2 способа сравнительной оценки плазмолиза в тканях:

Метод пограничного плазмолиза

Плазмометрический метод

В первом методе, который создал Хуго Де Фриз, ткани погружаются в растворы KNO₃, сахарозы или других осмотически активных веществ разной концентрации, и определяется концентрация, при которой плазмолизируется 50 % клеток. Плазмометрический метод заключается в измерении после плазмолиза относительных объёмов клетки и протопласта и вычислении по концентрации раствора осмотического давления клетки.

Наблюдая за плазмолизом, голландский ботаник Хуго Де Фриз в 1877 году впервые измерил осмотическое давление в клетках растений.