Опыт 5. Определение состояния устьиц и межклетников методом Молиша

Цель опыта: определит влияние внешних условий на состояние устьиц и интенсивность транспирации.

Материалы и оборудование: ксилол (в капельнице), этиловый спирт (в капельнице); бензол (в капельнице), пипетки.

Растение: свежие или подвядшие листья растений, листья растений, находившихся в темноте.

Межклетники листа обычно бывают заполнены воздухом, благодаря чему при рассматривании на свет лист представляется матовым. Если произвести инфильтрацию, т.е. заполнение межклетников какой-либо жидкостью, то соответствующие участки листа становятся прозрачными.

Определение состояния устьиц методом инфильтрации основано на способности жидкостей, смачивающих клеточные оболочки, проникать в силу капиллярности через открытые устьичные щели в ближайшие межклетники, вытесняя из них воздух, в чем легко убедиться по появлению на листе прозрачных пятен. Разные жидкости способны проникать в устьичные щели, открытые в различной степени: ксилол легко проникает через слабо открытые устьица, бензол – через устьица открытые средне, а этиловый спирт способен проникать только через широко открытые устьица.

Данный метод, предложенный Молишем, очень прост и вполне применим для работы в полевых условиях.

Ход работы. На нижнюю поверхность листа нанести отдельно маленькие капли бензола, ксилола и этилового спирта. Держать лист в горизонтальном положении до полного исчезновения капель, которые могут либо испариться, либо проникнуть внутрь листа, и рассмотреть лист на свет.

Исследовать листья, выдержанные в различных условиях (свежие и подвядшие, освещенные и затененные и т.п.). Каждый раз исследовать 2-3 листа.

Таблица 2

Влияние внешних условий на степень открытия устьиц

Задание: Результаты записать в таблицу 2, отмечая степень открытости устьиц: широко, средне, слабо. Сделать вывод о влиянии внешних условий на устьичные движения.

Опыт 5. Определение состояния устьиц при помощи отпечатков по Молотковскому.

Цель работы: определение работы устьиц в зависимости от освещенности.

 Материалы и оборудование:  бесцветный лак для ногтей, тонкая стеклянная палочка, пинцет, микроскоп, окуляр-микрометр, объект-микрометр.

Растения: комнатные растения, листья которых за 2-3 часа до занятия закрывают светонепроницаемым чехлом.

На поверхность листа наносят тонкий мазок лака. После испарения растворителя образуется пленка, на которой отпечатывается эпидермис с устьицами. Рассматривая полученные отпечатки в микроскоп, можно определить количество и размер устьиц, измерить ширину устьичных щелей. Данный метод можно использовать не только для лабораторных, но и для полевых исследований (в последнем случае отпечатки хранят до определения в пробирках с водой). Для исследования листьев, устьица которых расположены в углублениях эпидермиса (например, у олеандра), этот метод неприменим, т.к. у таких листьев отпечатки не получаются.

Ход работы. Нанести на нижнюю сторону листа при помощи стеклянной палочки каплю раствора лака и быстро размазать тонким слоем. После высыхания снять пленку пинцетом, поместить на предметное стекло и рассмотреть при большом увеличении. Вставить в микроскоп окулярный микрометр и измерить ширину и длину устьичной щели не менее, чем у 10 устьиц и вычислить средние величины.

Определить цену деления окулярного микрометра. Для этого поместить на предметный столик микроскопа объект-микрометр, каждое деление которого равно 0,01 мм или 10 мкм. Поворачивая окуляр совместить обе шкалы так, чтобы их шкалы были параллельны и одна перекрывала другую. Определение цены деления окулярного микрометра проводится по принципу нониуса, т.е. совмещают одну из черточек шкалы окулярного и объективного микрометра и находят следующее совмещение. Найти совпадающие линии и определить, сколько делений окулярного микрометра А соответствуют делениям объект-микрометра В, находящегося между совмещенными точками. Цена деления окулярного микрометра определяется по формуле:

Цена деления = В · 10 мкм/А.

Умножив длину и ширину устьичных отверстий, выраженных в делениях окулярного микрометра, на цену одного деления, найти абсолютные размеры устьичных щелей. Вычислить площадь устьичной щели с некоторым приближением путем умножения длины на ширину.

Исследовать листья разных ярусов одного и того же растения, а также хорошо освещенные и затененные. Результаты записать в таблицу 3.

Таблица 3

Влияние освещенности на размеры устьичных отверстий

Задание: сделать выводы о влиянии ярусности и условий освещения на размеры устьичных отверстий.

Опыт 6. Определение интенсивности транспирации листьев

Материал и оборудование:торзионные весы, секундомер, ножницы, люксметр, миллиметровая бумага, пробочные сверла, стаканы, предметные и покровные стекла, линейка.

Растения:Листья светолюбивых растений (подорожник большой, одуванчик лекарственный, мать-и-мачеха, берега, осина, культурные растения). Листья тенелюбивых растений (кислица, вороний глаз, майник двулистный, папоротник лесной, пихта, ель).

Ход работы

1. Установить торзионные весы строго горизонтально по уровню при помощи двух винтов в подставке весов и проверить нулевую точку их шкалы.

2. Срезать листья или хвою (на укороченном междоузлии) и быстро взвесить. Вес листа – М₁ (мг).

3. Через 10–15 мин повторить взвешивание (М₂, мг). Разность отсчетов М₁–М₂ дает представление о количестве испаренной воды в процессе транспирации. Продолжительность транспирации t.

4. В дальнейшем при отсутствии возмещения испаренной воды лист начинает завядать, что приводит к снижению интенсивности транспирации. Однако, продолжая дальнейшие взвешивания листа через каждые 15 мин (М₄, М₅, ..., М_i), можно установить скорость потери водного запаса листьев. Т1...Тi – периоды времени в часах, в течение которых наблюдалась потеря водного запаса листа.

5. Определить листовую поверхность S с помощью «палетки», т. е. на миллиметровой бумаге обрисовать лист и подсчитать площадь, которую он занимает (S, дм²) с точностью до 0,01 дм² (поверхность хвои сосны определить исходя из коэффициента 0,33 дм²/г).

6. Рассчитать интенсивность транспирации (ИТ, мг воды/дм² · ч):

(W₁ – W₂) / (S × t)  = ИТ

7. Определите абсолютно сухой вес листьев или хвои. Для этого растительный материал положить в пакет, сделанный из кальки, и поместить в сушильный шкаф при t = 95 ºС на 6 часов, после чего вновь взвесить. Вес абсолютно сухого листа – М₀.

8. Определить влажность исследуемого материала Е:

Е₁ = (М₁ – М₀) / М₁  ×   100%;

Е₂ = (М₂ – М₀) / М₂  ×   100%;

Е₃ = (М₃ – М₀) / М₃  ×   100%; Е4; …; Е.

9. Рассчитать интенсивность транспирации листа на абсолютно сухой вес (I, мг воды/г · ч):

I₁ =  (М₁ – М₂) / (М₀ × t);

I₂ = (М₂ – М₃) / (М₀ × t);

10. Рассчитать скорость потери водного запаса (v, мг воды/г · ч):

V1 = (М₃ – М₄) / (М₀ × Т); V_i  =  (М_i-1 – М₁) / (М₀ × Т);

11. Построить графики: 1) зависимость интенсивности транспирации и скорости потери воды от времени (отложив по оси абсцисс временные интервалы, а по оси ординат – интенсивность транспирации или скорость потери водного запаса); 2) зависимость интенсивности транспирации и потери водного запаса от влажности материала (откладывая по оси абсцисс показатели влажности растительного материала, а по оси ординат – интенсивность транспирации).

12. Сравнить ход транспирации для листьев разных видов растений и объяснить наблюдаемые различия.

Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 4.

Таблица 4

Изменение интенсивности транспирации и скорости потери запаса воды

Ответить на следующие вопросы:

1. Как объяснить, что при общей площади устьичных отверстий (не более 1% площади листа) интенсивность транспирации при благоприятных условиях приближается к интенсивности эвапорации?

2. Бумага, пропитанная раствором хлорида кобальта и просушенная до ярко-голубого цвета, была приложена к двум сторонам листа дуба. С нижней стороны листа бумага порозовела через 15 минут, тогда как бумага, приложенная к верхней стороне листа, изменила свою окраску только через 3 часа. Как объяснить полученные результаты?

3. Растение было выдержано несколько часов в темноте, а затем выставлено на прямой солнечный свет. Как измениться при этом транспирация? Почему?

4. У какого растения интенсивность транспирации выше: у отдельно растущего или густом посеве? Обоснуйте.

5. Изменится ли интенсивность «плача» растений, если: 1) почву полить теплой водой; 2) почву полить питательным раствором (например, Кнопа)?

3. Как объяснить «плач» березы при поранении ствола ранней весной и отсутствие этого явления летом?

4. Как объяснить завядание листьев в жаркий день при достаточном количестве воды в почве и прекращении водного дефицита ночью?

5. Что опаснее для растений: дневной или ночной водный дефицит?

6. В чем наиболее частая причина гибели пересаживаемых сеянцев деревьев?

7. Как проявляется ксероморфизм листьев и какими факторами он обусловлен?

8. Две повядшие ветки сирени поставлены в сосуд с водой. У одной из них сделали срез стебля под водой. Какая клетка быстрее восстановит тургор? Объяснить.

9. Вода в растениях поднимается на десятки метров. За счет чего достигается прочность водяных нитей?

10. Можно ли доказать наличие водяных нитей в стволах деревьев?