Работа 2. Изучение состояния устьичного аппарата растений

Цель: определить состояние устьиц растений в зависимости от разнообразных условий

 

Объекты, реактивы, оборудование: листья фасоли, традесканции, ячменя, пеларгонии и др. растений, полоски фильтровальной бумаги, раствор 5% хлоркобальта, предметные стекла, резиновые кольца, пинцет, микроскоп, лезвие бритвы, препаровальные иглы, петролейный эфир, ксилол, этиловый спирт в капельницах, бесцветный маникюрный лак, спиртовка, вентилятор, лампа 200 Вт.

 

Краткие сведения:

Процесс испарения воды надземными органами растения называют транспирацией. Транспирация растений происходит через устьица (устьичная), кутикулу (кутикулярная) и перидермальная (через чечевички), а также через репродуктивные органы. Однако главную роль играет регулируемая устьичная транспирация. Доля кутикулярной транспирации зависит от мощности кутикулы, определяемой видовой спецификой растения и условиями произрастания. Она довольно высока в молодых органах, но снижается с возрастом растения.

Интенсивность устьичной транспирации зависит от числа устьиц, приходящихся на единицу поверхности листа, от ширины устьичной щели.

Факторы внешней и внутренней среды прямо и косвенно воздействуют на устьичный аппарат, вызывая в замыкающих клетках преобразования, приводящие к изменению тургора. Из внешних факторов на движения устьиц больше всего влияют влажность воздуха и условия водоснабжения, свет и температура, а из внутренних – парциальное давление СО₂ в системе межклетников, состояние гидратации растения, ионный баланс и фитогормоны, из которых цитокинин способствует открыванию устьиц, а абсцизовая кислота – закрыванию. На состояние устьиц влияют возраст растения, а также эндогенные суточные ритмы.

Представление о состоянии устьичного аппарата имеет практическое значение: по степени открытия устьиц определяют потребность поливных растений в воде для установления сроков полива.

Существует ряд методов для обнаружения устьиц на нижней и верхней стороне листа и определения их состояния.

 

Ход работы

1. Хлоркобальтовый метод (по Шталю).

Метод хлоркобальтовой пробы по Шталю основан на изменении цвета фильтровальной бумаги, пропитанной хлоридом кобальта, при поглощении ею паров воды, испаряемых поверхностью листа. По времени, необходимому для перехода окраски хлоркобальтовой бумаги из голубой (цвет сухого СoCl₂) в розовую (цвет C_OCL₂^.,6Н₂О), судят о транспирации растений.

Готовят хлоркобальтовую бумагу. Сухой хлористый кобальт (C_OCL₂) имеет голубой цвет, C_OCL₂^.,6Н₂О – розовый. Полоски фильтровальной бумаги погружают в 5% раствор хлоркобальта, держа их пинцетом. Когда бумага пропитается раствором, ее достают. Она приобретает розовую окраску. Затем бумагу подсушивают над спиртовкой, появляется голубое окрашивание. Перед употреблением просушивают еще раз, немедленно прикладывают с двух сторон к листу две полоски бумаги. Для устранения действия атмосферной влаги лист осторожно зажимают вместе с бумагой между предметными стеклами, перевязывают резиновыми кольцами. Наблюдают изменение окраски бумаги. По скорости порозовения можно приблизительно судить об интенсивности транспирации, состоянии устьиц.

Задача. Изучить расположение устьиц с обеих сторон листа, их состояние:

а) у фасоли, традесканции, ячменя, пеларгонии в обычных условиях;

б) у фасоли в обычных условиях и в темноте. Результаты записывают.

 

1. Метод инфильтрации (по Молишу). Причинойустьичных движений может быть действие света, изменение оводненности тканей, температуры, концентрации СО₂ в межклетниках и др. Вусловиях недостаточного водообеспечения происходит гидроактивное закрывание устьиц. Степень открытости устьиц может служить физиологическим показателем для определения обеспеченности растений водой и установления сроков полива.

Определение состояния устьиц методом инфильтрации основано на способности жидкостей, смачивающих клеточные стенки, проникать через открытые устьичные щели в ближайшие межклетники, вытесняя из последних воздух. При инфильтрации межклетников соответствующие участки листа становятся прозрачными.

В качестве инфильтрующих растворов берут органические жидкости, обладающие различной вязкостью и неодинаковой способностью смачивать клеточные стенки и поэтому по-разному проникать через устьичные отверстия в межклетники. Относительно легко проникает ксилол, труднее – бензол, еще труднее – спирт. Разная способность этих жидкостей проникать в устьичные щели позволяет определить степень открытости устьиц.

Межклетники листа заполнены воздухом, при рассматривании на свет лист кажется матовым. Если произойдет инфильтрация, т.е. заполнение межклетников жидкостью, то соответствующие участки листа становятся прозрачными. Жидкости проникают в устьичные щели в зависимости от их ширины: петролейный эфир или ксилол – через слабо открытые устьица, бензол – средне открытые, этиловый спирт – широко открытые.

На нижнюю поверхность листа наносят поочередно маленькие капли эфира или ксилола, бензола, спирта. Держат лист в горизонтальном положении до полного исчезновения капель, которые могут либо испариться, либо проникнуть внутрь. Рассматривают лист на свет.

Задача. Исследовать состояние устьиц листьев:

а) фасоли, ячменя, традесканции, пеларгонии в обычных условиях;

б) фасоли, ячменя в обычных условиях и выдержанных сутки в темноте;

в) фасоли и ячменя под влиянием движения воздуха.

Результаты наблюдений записывают в таблицу. Знаком «плюс» в схеме отмечают проникновение жидкости, знаком «минус» - отсутствие инфильтрации.

Таблица 1

Вид растения	Вариант опыта	Петролейный эфир или ксилол	Бензол	Спирт	Состояние устьиц

 

 

2. Метод отпечатков (по Полачи-Молотковскому).

Метод основан на получении тонкой прозрачной пленки с отпечатками (репликами) устьиц. Рассматривая их под микроскопом, можно определить число устьиц на единице листовой поверхности и их размер. Для изготовления реплик применяют вещества, образующие пленку при испарении растворителя или в результате полимеризации.

На поверхность листа наносят тонкий мазок раствора бесцветного лака в ацетоне. После испарения растворителя образуется пленка, на которой отпечатывается эпидермис с устьицами. Отпечаток аккуратно снимают с листа, помещают в каплю воды на предметное стекло, покрывают покровным, рассматривают под микроскопом и определяют количество, состояние устьиц. Метод позволяет при использовании окуляр- и объект-микрометров измерять устьица, ширину устьичной щели.

Задача. Изучить количество и состояние устьиц в нижнем и верхнем эпидермисе листьев:

а) фасоли, ячменя, традесканции, пеларгонии в обычных условиях;

б) фасоли, ячменя в обычных условиях и темноте;

в) фасоли, ячменя под влиянием движения воздуха;

г) фасоли, ячменя при освещении лампой 200 Вт.

 

Полученные усредненные данные вносят в итоговую таблицу.

 

Таблица 2

Вид растения	Вариант опыта	Число устьиц в эпидермисе	Процент открытых устьиц в эпидермисе
верхнем	Нижнем	верхнем	нижнем

Дают характеристику устьичного аппарата изученных растений, изменения его состояния под влиянием меняющихся условий среды. Сравнивают достоинства и недостатки использованных методов исследования устьиц, обсуждают возможность их применения в школе.