Obserwacja ruchów komórek szparkowych: Ruchy komórek szparkowych są ruchami turgorowymi. Otwieranie się szparek jest związane z obniżeniem w nich potencjału wody, co powoduje osmotyczny dopływ wody i wzrost potencjału ciśnienia są bezpośrednią przyczyną ruchu szparek. Za główny mechanizm przyczyniający się do obniżenia potencjału wody przyjmuje się szybki aktywny transport jonów K+ do wnętrza komórek szparkowych. W warunkach niedostatecznego uwodnienia tkanek dochodzi do spadku potencjału ciśnienia w komórkach szparkowych i zamykania szparek. Odbywa się to przy udziale sygnału hormonalnego kwasu abscysynowego ABA. Hormon ten jest nieustannie produkowanyw komórkach mezofilu liści i w korzeniach. Z korzeni ABa przemieszcza się wraz z prądem transpiracyjnym do liści. W liściach zostaje uwolniony z komórek mezofilu do apoplastu i dalej do komórek szparkowych. W warunkach nawet niewielkiego deficytu wody następuje wzmożona synteza ABA. Zwiększenie stężenia ABA w komórkach szparkowych powoduje zamykanie kanałów wpustowych jonów K+ i Cl-, przy czym kanały wypustowe pozostają otwarte. Prowadzi to do wypływu jonów K+, czego konsekwencją jest wypływ wody z komórek szparkowych, obniżenie potencjału ciśnienia i zamykanie szparki. Doświadczalnie można wywołać ruch komórek szparkowych przez umieszczenie fragmentów epidermy z otwartymi aparatami szparkowymi) w roztworze osmotycznie czynnym, o niższym potencjale wody w stosunku do soku komórkowego, lub potraktować ABA.

Zjawisko gutacji jako przejawu czynnego transportu wody w roślinie. W warunkach dużej wilgotności powietrza, gdy ograniczona jest transpiracja, a jednocześnie panują warunki sprzyjające pobieraniu wody z podłoża, można zaobserwować zjawisko gutacji polegające na wydzielaniu roztworu w postaci ciekłej na brzegach blaszki liściowej. Jest to przejaw czynnego transportu wody w roślinie – efekt działania parcia korzeniowego. Transport czynny wody w roślinie wymaga nakładu energii metabolicznej, pochodzącej z procesu oddychania. Energia ta jest zużywana do aktywnego transportu jonów przez błony wbrew gradientowi stężeń z komórek miękiszu do naczyń. Kumulacja jonów powoduje obniżenie potencjału osmotycznego naczyń i postępujące za tym osmotyczne przemieszczanie się wody. Czynnikiem ograniczającym intensywność oddychania są jony miedzi, hamujące aktywność enzymów oddechowych. Wprowadzenie jonów miedzi, hamujące aktywność enzymów oddechowych. Wprowadzenie jonów miedzi do podłoża powoduje obniżenie intensywności oddychania, zmniejszenie ilości wytworzonej energii metabolicznie użytecznej, osłabienie funkcjonowania mechanizmu czynnego pobierania i transportu wody, a tym samym ograniczenie gutacji.

Bierny transport wody i pomiar transpiracji: Istnienie gradientu potencjału wody pomiędzy elementami układu gleba-roślina-atmosfera wymusza nieustanny przepływ wody od najwyższego potencjału (gleba) przez nizszy (roślina) do najniższego (atmosfera). Jest to siła powodująca bierne pobieranie i transport wody. W roślinie prowadzi to do powstania prądu transpiracyjnego płynącego od korzeni przez łodygę do liści. Roślina o stosunkowo dużej powierzchni liści jest narażona na ciągłe wyparowywanie wody na drodze transpiracji. Jednym ze wskaźników obrazujących ilość wyparowanej wody jest intensywność transpiracji wyrażona w gramach wyparowanej przez roślinę wody na jednostkę powierzchni liścia lub jednostkę masy transpirujących organów w jednostce czasu. Wielkość ta waha się w granicach od 0,1-3,0 g*dm-2*h-1. Metoda potometryczna oznaczania intensywności transpiracji polega na pomiarze objętości wody pobranej przez roślinę, przy założeniu, że w stosunkowo krótkim czasie trwania doświadczenia (1-2h) ilość wody wyparowanej jest zbliżona do ilości wody pobranej. W metodzie tej przyjęto założenie, że w tym czasie roślina nie zwiększa swojej masy kosztem części pobranej wody.

Niezbędność składników mineralnych dla rośliny: Roślina pobiera z podłoża pierwiastki niezbędne, korzystne, balastowe oraz toksyczne. Najważniejsze z nich to pierwiastki niezbędne. Przy ich braku roślina nie może zakończyć cyklu rozwojowego, pierwiastki te nie mogą być zastąpione innymi, a ich niedobór wywołuje charakterystyczne objawy chorobowe. Dzielimy je na makroelementy: N, P, K, Ca, Mg, S (pow 0,1%s.m.) i mikroelementy:Cl, B, Fe, Mn, Zn, Cu, Mo (zawartość poniżej 0,1% s.m.)Niezbędność składników mineralnych można wykazać w kulturach wodnych lub piaskowych, stosując pożywkę o ściśle kontrolowanym składzie. Kiedy pożywka zawiera wszystkie niezbędne składniki w odpowiednich ilościach (pozywka pełna) rośliny rozwijają się prawidłowo. Eliminowanie z pełnej pożywki kolejnych pierwiastków i zastąpienie ich równoważnymi ilościsami innych soli umożliwia zaobserwowanie charakterystycznych objawów niedoboru. Przy przygotowaniu pożywki deficytowej, jeśli eliminujemy z jej składu anion, musimy podać towarzyszący mu kation w innej formie, np. usuwając azot nie podajemy w pożywce Ca(NO3)2, jon Ca2+ podajemy w postaci CaSO4.

• Niedobór Azotu N

• Forma pobierania: Jon amonowy (wbudowywany, jako grupa aminowa) forma azotanowa
  amidowa – mocznik możliwe dzięki ‘ureaza’

• Składnik: aminokwasów, amidów, kwasów nukleinowych, nukleotydów, koenzymów, chlorofilu, fitochromu, cytokinin

• Transport: ksylem i floem

• Niedobór: hamowanie wzrostu, szczególnie liści, małe krzewienie, chloroza liści starszych (dolnych- zasychających). Obniżenie poziomu cytokinin. Łatwa reutylizacja

• Transport i przemiany w roślinie:

  • Forma azotanowa – ławo pobierana, wymaga specyficznej przemiany (dwustopniowa, pierwszy etap – cytoplazma, katalizowany przez reduktaza azotanowa – przemiana azotanu do azotynu (NO₃^- > NO₂^-)_, jednostopniowa redukcja/ zarówno korzeń jak i część nadziemna.

Drugi etap – plastydy, reakcja katalizowany jest przez enzym reduktaza azotynowa, lokalizacja: plastydowa w części podziemnej i nadziemnej, kilkustopniowa redukcja azotynu do grupy aminowej

• Niedobór fosforu P

  • Pobierany w postaci jonów wodorofosforanowych i dwuwodorofosforanowych

  • Składnik: kwasów nukleinowych, nukleotydów, koenzymów, fosfolipidów, P-inozytoli, przenoszenie i akumulacja energii – reakcje fosforylacji/defosforylacji

  • Transport przez floem i ksylem

  • Objawy: Zahamowanie wzrostu, szczególnie pędu; w początkowych etapach –stymulacja wzrostu korzeni; liście ciemnozielone, często od dolnej strony fioletowopurporowe (np. pomidory). Łatwa reutylizacja

• Niedobór potasu K

  • Pobierany w formie kationu K⁺

  • Nie ma żadnych organicznych połączeń, występuje wyłącznie w postaci jonowej

  • Aktywator wielu enzymów

  • Decyduje o osmoregulacji, potencjale osmotycznym soku komórkowego

  • Łatwo transportowany w roślinie: ksylem floem

  • Objawy: Plamy chlorotyczne i nekrotyczne (od wierchołka i brzegów blaszki) na liściach starszych (dolnych), wiotka łodyga. Zahamowany wzrost, szczególnie organów spichrzowych i organów reprodukcyjnych. Łatwa reutylizacja

  • transport jonów potasowych:Ksylemem – pierwotny – do liści osadzany w soku komórkowym – w warunkach niedoboru remobilizacja, wycofywany ze starszych części rośliny

  • Floem – wtórny – Specyficzny kanał jonowy

• Niedobór magnezu Mg

  • Pobierany w postaci kationu Mg²⁺

  • Składnik chlorofilu(działanie ze światłem uzależnione od Mg), aktywator enzymów zaangażowanych w przenoszenie reszt fosforanowych(energia).

  • Transport ksylem i floem

  • Objawy: Chlorozy przechodzące w nekrozy (na liściach dolnych pięter plamy między żyłkami) w skrajnych przypadkach nekroza brzegów liści. Hamowanie wzrostu, szczególnie korzeni, łatwa reutylizacja.

• Niedobór wapnia Ca

  • Ca²⁺

  • Kofaktor(subst. niebiałkowa współdziałająca z częścią białkową enzym, decyduje o charakterze reakcji) enzymów –

  • Stabilizator receptorów

  • Składnik pektyn ściany komórkowej

    • Blaszki środkowej

  • Wtórny przekaźnik

    • Wewnątrzkomórkowy

  • Transport prawie wyłącznie ksylemem

  • Objawy: Drastyczne zahamowanie wzrostu, zamieranie wierzchołków pędu, śluzowacenie korzeni, nietypowe chlorozy. Deformacja liści. Zasychanie wierzchołków liści, szczególnie kapustnych; sucha zgnilizna owoców pomidora, papryki, gorzka plamistość jabłek. Słaba reutylizacja między organonowa, natomiast łatwa między organellami

• Niedobór żelaza Fe

  • Pobierany w postaci kationów żelazowego 2+ i 3+ - chelaty

  • Cytochromy, ferredoksyna, Fe-SOD, katalaza, peroksydazy, NR

  • 80% Fe w chloroplastach (gdyż tam występuje transport elektronów)

  • Synteza chlorofilu

    • Protochlorofilid a – chlorofil

  • Bardzo słaba reutylizacja – transport wyłącznie ksylemem – objawy na młodych częściach rośliny

Objawy: chloroza całych liści młodych

izolacja barwników chloroplastowych i ich rozdział metodą chromatografii bibułowej. Istotnym elementem błon tylakoidu, które zamieniają energię świetlną na energię chemiczną, są barwniki fotosyntetyczne. W ich skład wchodzą chlorofile oraz barwniki pomocnicze. Pierwsze, absorbując głównie światło niebieskie i czerwone, nadają roślinom barwę zieloną. Wchodzą w skład centrum reakcji fotochemicznych, anten energetycznych i peryferyjnych fotoukładu i fotoukładu II. Obok chlorofili w błonach tylakoidów występują karotenoidy, które należą do terpenoidów. Dzielą się na karoteny, zbudowane z węgla i wodoru, oraz ksantofile, zawierające dodatkowo tlen. W związkach tych występują sprzężone wiązania podwójnie umożliwiające absorpcję światła w innym zakresie niż chlorofil. Dodatkowo chronią lipidowe elementy błony przed fotooksydacją, a cały aparat fotosyntetyczny przed fotoinhibicją.

Ekstrakcja: Barwniki chloroplastowe, ze względu na hydrofobowe właściwości i lokalizację w membranach tylakoidów, izoluje się za pomocą rozpuszczalników organicznych, takich jak: aceton, benzen, etanol czy eter naftowy. Aby ograniczyć rozkład chlorofilu pod wpływem światła, izolację należy prowadzić przy ograniczonym dostępie światła do ekstraktu. Dodanie CaCO3 do roztartego materiału zapobiega rozkładowi chlorofilu do feofityny.

Wykazanie zależnośći fazy ciemnej od fazy świetlnej procesu fotosyntezy: Do przebiegu fazy ciemnej procesu fotosyntezy niezbędne są produkty fazy świetlnej (ATP, NADPH). Dlatego synteza cukrów prostych, a następnie synteza skrobi asymilacyjnej mogą być obserwowane w liściu wystawionym na działanie światła.

Zademonstrowanie wpływu warunków zewnętrznych na intensywność fotosyntezu. Intensywność fotosyntezy zależy od wielu czynników zewnętrznych, np. natężenia i rodzaju światła. Stężenie dwutlenku węgla i temperatury. Promieniowanie fotosyntetycznie czynne dla większości roślin prawie pokrywa się z zakresem światła widzialnego (400-700nm). Światło docierając do liści, w części zostaje zaabsorbowane (0,5-7%), w części przechodzi prze blaszki liściowe 5-10% i w części zostaje odbite 10-15%. Najsilniej pochłaniane są promienie czerwone i niebieskofioletowe z maksimami absorpcji przy około 480 i 680nm. Intensywność fazy jasnej procesu zależy od natężenia światła, a intensywność jego fazy ciemnej głównie od temperatury, stężenia CO2 w środowisku oraz dostępności produktów fazy jasnej (ATP i NADPH). Celem doświadczenia jest zbadanie zależności intensywności fotosyntezy u roślin wodnych od natężenia światła, temp i stężęnia CO2. Do badań omożna zastosować prostą metodę Sachsa, polegającą na liczeniu pęcherzyków gazu (tlenu) wydzielanego przez roślinę.

Wykazanie pobierania tlenu przez oddychające ziarniaki. Substratami oddechowymi kiełkujących nasion są różne rodzaje związków zapasowych zaliczanych najczęściej do węglowodanów i lipidów, a stosunkowo rzadko do białek. Wymienione związki zapasowe, zanim staną się dogodnym źródłem zredukowanego węgla w procesie oddychania, podlegają skomplikowanym przemianom katabolicznym. W hydrolizie wielkocząsteczkowych polimerów uczestniczą odpowiednio: dla skrobi – amylazy, dla lipidów – lipazy, dla białek – enzymy proteolityczne. Ostateczne produkty degradacji substancji zapasowych włączane są różnym etapie reakcji wstępnych procesu oddychania, co ilustruje poniższy schemat.

Wykazanie wydzielania dwutlenku węgla przez oddychające korzenie. W procesie oddychania substrat oddechowy ulega stopniowemu odwodorowaniu, a jego szkielet węglowy podlega skróceniu przez kolejne odłączanie cząsteczki CO2 na drodze dekarboksylacji. Pierwsza dekarboksylacja oksydacyjna pirogranianu zachodzi w matriks mitochondrialnej. Powstaje wówczas czynny octan(acetylo CoA), który zostaje włączony do cyklu kwasu cytrynowego, zwanego cyklem Krebsa. W cyklu Krebsa odbywa się dwustopniowa dekarboksylacja oksydacyjna izocytrynianu. Pierwsza na etapie przejścia szczawio-bursztynianu w L-ketoglutaran, a druga przy przejściu L-ketoglutaranu w bursztynolo-CoA. W każdej z tych reakcji powstaje NADH i uwalnia się cząsteczka CO2. Całkowita degradacja jednej cząsteczki glukowy wymaga dwóch obrotów cyklu Krebsa. Wydzielanie CO2 można wykazać kolorymetrycznie, jeśli korzenie dowolnej rośliny umieścimy w zalkalizowanym roztworze wodnym z dodatkiem indykatora, który zmienia barwę w miarę zobojętniania środowiska. Dwutlenek węgla dyfundując z oddychających korzeni łączy się z wodą, tworząc kwas węglowy, który z kolei dysoocjując, powoduje obniżenie pH środowiska. Zastosowana jako wskaźnik fenoloftaleina zmienia barwę z purpurowej w środowisku zasadowym na bezbarwną w obojętnym.

Wpływ temperatury na intensywność oddychania. Intensywność oddychania, podobnie jak wiele innych procesów fizycznych zależy od temperatury. dokończyć

Pomiar energii cieplnej wyzwalanej w procesie oddychania: Energia wydzielana w procesie biologicznego utleniania substratów oddechowych magazynowana jest w postaci wysokoenergetycznych wiązań fosforanowych ATP oraz uwalniana do środowiska w postaci energii cieplnej. Z analizy wydajności energetycznej oddychania wynika, że z puli energii całkowitej, wyzwolonej w tym procesie, 54% przypada na energię chemiczną związaną w ATP, a 46% energii ulega rozproszeniu w postaci ciepła wpływając w nieznacznym stopniu na podwyższenie rośliny i jej otoczenia.