Өciмдiктер физиологиясы мен биотехнологиясы

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі

А.Байтұрсынов атындағы Қостанай мемлекеттік университеті

Г.Ж. Сұлтанғазина, Г.А. Абилева

Қостанай, 2014

Қонысбаева Дамиля Төремұратовна – биология ғылымдарының кандидаты, Қостанай мемлекеттік педагогикалық институты биология және география кафедрасының доценті

Сулейманова Күляй Оразғалиевна – биология ғылымдарының кандидаты, А. Байтұрсынов атындағы ҚМУ ветеринарлық медицина кафедрасының доценті
Авторлар:

Сұлтанғазина Гүлнар Жалеловна, биология ғылымдарының кандидаты, доцент

Абилева Гүлмира Аманкилдиновна, оқытушы
С 89 Сұлтанғазина Г.Ж.
Өсімдіктер физиологиясы мен биотехнологиясы. 5В070100-Биотехнология мамандығы студенттеріне арналған оқу-әдістемелік нұсқау. – Костанай, 2014. – 33 б.

Оқу-әдістемелік нұсқауында зертханалық жұмыстарға арналған ұсыныстар берілген. Оқу-әдістемелік нұсқауында «Өсімдіктер физиологиясы мен биотехнологиясы» бағдарламасының барлық негізгі бөлімдерін қамтитын зертханалық жұмыстардың сипаттамасы бар. Оқу-әдістемелік нұсқау 5В070100-Биотехнология мамандығы студенттеріне арналған.

ББК 28.58
Аграрлық-биологиялық факультетінің әдістемлік кеңесімен бекітілген,

____ _______2014 ж., № ____ хаттама

© Сұлтанғазина Г.,2014

Мазмұны
Кіріспе…………………………………………………………………………........ 4

1 Плазмолиз уақытына және оның пішініне анион және катиондардың әсер етуі. Өсімдіктің осмос потенциалы мен су потенциалын анықтайтын (Лилиенштерн) тәжірибе ………………...................…............................................................................. 5

2 Өсімдік клеткаларының су потенциалын ағыс (Шардаков) әдісі арқылы анықтау …………………………………………..……………………………….... 7

3 Өсімдіктің транспирация қарқындылығын торcион таразы арқылы анықтау …………………………………………………………………................................. 8

4 Жапырақ пигменттерiнiң химиялық қасиеттерi ………...….................................11

6 Тыныс алу қарқындылығы СО₂ мөлшерінің бөлінуі арқылы ( Бойсен- Иенсен бойынша) анықтау...……………………...................................................15

7 Өсімдік күліне микрохимиялық анализ жасау ….……………………………..16

8 Тұқым жетілуін анықтау ……………………………...…………………....... 18

9 Крахмалдың қышқылдық гидролизі ………………………………...………… 19

10 Өсімдік материалдарында қорға жиналған қанттарды анықтау...………...20

11 Қанттардың протоплазмаға қорғаныш ықпалын тигізуі …….....….…...........21

12 Биотехнологиялық зертхананың жабдықталуы және жұмыс істеу ережелері. Өсімдік материалды, ыдысты, құралдарды және қоректік орталарды стерилдеу әдістері ……………………………………………………..………….....................22

13 Қоректік орталарды дайындау. «Мурасиге-Скуга» қоректік ортаны дайындау және стерилдеу …………………..……………………..…......................................25

14 Стерилді өскіншілерді өсіру. Картоп өркеннің апексінен эксплантант алу және оны in vitro-ға енгізу ………………………………………...........................28

15 Картоптың апикалды меристемаларын алу мен өсіру. Сәбіздің жеке ұлпаларын клондау....................................................................................................30

Пайдаланған әдебиеттер тізімі…………………………………….……................33

Міндеттер:

- қоғамның қажеттілігін жоғары сапалы қауіпсіз өсімдік өнімімен қамтамасыздандыруында мәселелер шешуіндегі іргелі аспектілер;

- in vitro өсімдік жасушасының өсу мен дамуының реттеу негіздері;

- генетикалық модификацияланған (ГМ) өсімдіктердің гендер құрлымының ерекшелігі және қасиеттері.

Биотехнология, немесе биопроцесстер технологиясы – бұл бағалы өнімді алу үшін биологиялық жүйелерді (микроорганизмдер, өсімдік және жануар жасушалары және олардың компоненттері) өндірістік пайдалану.

Биотехнологияның негізі микробиологиялық синтезбен бірлесіп және биохимиялық әдістердің кең қолданылуымен генетикалық және клеткалық инженерия болып табылады. Гендік және клеткалық инженерия әдістермен қажетті гендердің құрылуы өсімдіктердің, жануарлардың және микроорганизмдердің тіршілігі мен тұқымқуалаушылықты басқаруға және жаңа пайдалы қасиеттері бар табиғатта бұрын байқалмаған организмдерді құруға мүмкіндік береді.

Өсімдіктер физиологиясында қызметтердің, үдерістердің физико-химиялық мәнін зерттеу үшін әдістер: зертханалық-талдаушы, вегетациялық, далалық, белгіленген атомдар, электрондық микроскопия, электрофорез, хроматографиялық анализ, ультракүлгін және люминесценттік микроскопия, спектрофотометрия және басқ. пайдаланылады.

Оқу-әдістемелік нұсқауында әрбір зертханалық жұмыс тақырыбының толық ашылған мазмұны, өзіндік бақылауға сұрақтар беріледі.

Пән бойынша негізгі оқулықтар ретінде ұсынуға болады:

1 Кенесарина Н.А. Өсімдіктер физиологиясы және биохимия негіздері. Алматы, 1988.

2 Кенесарина Н.А. Өсімдік физиологиясының лабораториялық сабағына арналған шағын практикум. Алматы, 1993.

3 Ережепов Ә.Е., Мұхамбетжанов С.К., Уәлиханова Г.Ж. Өсімдік ұлпаларын өсіру және биотехнология бойынша зертханалық жұмыстар. – Алматы: әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, 2011. – 117 б.

«Өсімдіктер физиологиясы мен биотехнологиясы» пәні бойынша оқу-әдістемелік нұсқау студенттермен теориялық білімдер мен тәжірибелік дағдылар меңгеру жұмысында көмек ету мақсатпен құрылған.

1 тақырып Плазмолиз уақытына және оның пішініне анион және катиондардың әсер етуі. Өсімдіктің осмос потенциалы мен су потенциалын анықтайтын (Лилиенштерн) тәжірибе
Мақсаты:

- плазмолиз және деплазмолиз құбылыстарымен танысу.

1 Тұздардың аниондары мен катиондарының плазмолиз пішіні мен уақытына әсері.

2 Плазмолиз әдісімен клетка шырынының потенциалды осмостық қысымын анықтау.
Сабаққа дайындалуға әдістемелік нұсқау

Өсімдік клеткасы осмостық қасиетке ие. Оны плазмолиз және деплазмолиз құбылыстары дәлелдейді. Клетка шырынынан гөрі концентрациясы жоғарылау келетін гипертоникалық ерітіндіге клетканы орналастырғанда, оның цитоплазмасы қабықшадан ажырап, ішке қарай жиырылады. Бұл құбылысты плазмолиз деп атаймыз. Плазмолиз клетканың бұрыштарынан басталып, бірте-бірте ұлғаяды, цитоплазманың беті кедір-бұдыр пішінге, ең соңында дөңгеленген шар тәрізді пішінге келеді. Плазмолиз пішінінің өзгеруі бірде тез, бірде баяу жүреді. Плазмолиз басталуынан оның ақырғы пішінге келу жылдамдығы плазмолиз уақыты деп аталады. Ол уақыт цитоплазманың қоюлығына байланысты, неғұрлым цитоплазма қою болса, соғұрлым плазмолиз уақыты ұзарады. Тұздың аниондары мен катиондары цитоплазмаға әр түрлі әсер етеді. әсерінің бір түрі цитоплазманың қоюлығын өзгерту арқылы байқалады.

Пияз қабықшасының сыртқы бетінен жұқа эпидермисті ажыратып алып, оны бір тамшы ерітіндіге салады. Препарат бетін шынымен жауып, оны микроскоп арқылы қарайды. Клетканы тұз ерітіндісіне салудан бастап, плазмолиз пішіндерінің өзгеруін, оған қажет уақыт мөлшерін белгілейді.

Түрлі тұз ерітінділерінде плазмолиз уақыты түрліше болады.

Алынған мәліметтерді мынадай кестеге жазылады.

Алынған мәліметтер негізінде цитоплазма қоюлығына катиондар және аниондардың әсер етуі жөнінде қорытынды жасалады.

• 
  Лилиенштерн әдісімен су потенциалын анықтауға үйрету;
  
• 
  өсімдіктерді суару үшін уақытын белгілеу үшін су потенциалының көрсеткіштерін пайдалану туралы нәтиже шығару.
  

Сәбіздің немесе басқа өсімдіктің тамыр жемісі алынып, оның үстіңгі бөлімінен тығын бұрғысымен 2-3 см (тамыр жемістің ұзындығына

байланысты) жеріне дейін тесіп, ойылған жердің ұзын бойына қарай ұлпаларды ойып тастайды.

Скальпельмен ұлпаларды алу кезінде ойықтың төңірегіне зақым келмеуі тиіс.Тамыр жемістің түбін көлбей кесіп сумен жанасатын ұлпа беткейлері жаңартылады. Міне, осылай даярланған тамыр жеміс ұлпалар сумен қанығу үшін 30 минут суға салынып қойылады. Тамыр жемістегі ойыс беткейіне сәйкес келетін резина тығын таңдап алынып, тығын бұрғысымен тесіліп, оған ұзындығы 20-30 см шыны түтігі кигізіледі. Даярлықтың екінші түрі боялған қант ерітііндісінен жеміс шырынын (сироп) даярлау. Ол үшін концентрлі қант ерітіндісіне құрғақ шие жемісін салып қайнатады да, сорғыш қағаз арқылы сүзіп суытады. Осыдан соң тамыр жемісті судан алып, ойыс жеріндегі суды төгіп, оның орнына толтыра салқындаған жеміс шырыны құйылады. Ойыстың ауызы шыны түтігі бар тығын мен тығындалып, боялған шырынның шыны түтік бойында келіп тұрған жері белгіленеді. Осылай даярланған тамыр жеміс ішінде суы бар стаканға немесе басқа ыдысқа салып, құлап кетпеуі үшін темір штативке бекітіледі. Тәжірибенің қойылғанына жарты сағат өткеніне қарамастан шыны түтік бойымен ерітіндінің көтерілгені байқалады. Егер 1 метрлік шыны түтігі пайдаланғанда онда тәжірибені түн асырып қалдыруға болады. Ертеңіне шырын деңгейінің өте жоғары көтеріліп түтік ернеуінен төгіле бастағанын көруге болады. Шырын мөлшерінің артуының себебі, тамыр жемістің ұлпаларымен жанасқан жеміс шырыны клеткалардың суын сорып алады, ал ол клеткалар өзімен көршілес клеткалардан су сіңіріп осылайша судың қабылдануы ыдыс ішіндегі суға жетеді. Су және осмостық потенциалдардың артуы тамыр жеміске стақандағы судың үздіксіз сіңірілуі себеп болады.

1 Қандай ерітінді гипотоникалық ерітінді деп аталады?

2 Гипотоникалық ерітінді қандай ерітінді?

3 Бұл тәжірибеден өсімдіктің топырақтан су қабылдауын қалай түсінуге болады?

4 Өсімдіктің тамыр қысымын қалай түсіндіресіздер, анықтамасын келтіріңіздер.

5 Плазмолизденген жасушаларды гипотоникалық ерітіндіге малғанда не болады?

6 Плазмолиз дегеніміз не?

7 Деплазмолиз қандай жағдайда өтеді?

8 Өлі жасушаларда плазмолиз өтеді ме?

2 тақырып Өсімдік клеткаларының су потенциалын ағыс (Шардаков) әдісі арқылы анықтау
Мақсаты:

- Шардаков әдісімен су потенциалын анықтауға үйрету.

- өсімдіктерді суару үшін уақытын белгілеу үшін су потенциалының көрсеткіштерін пайдалану туралы нәтиже шығару.

Жалпы түсінік

Бұл әдіс өсімдік кесінділерін сахароза немесе ас тұзының әр түрлі концентрациялы ерітінділерінде өңдегенде, ол ерітінділердің концентрациясының өзгеруіне негізделген. Ерітінділердің концентрациясының өзгеруі олардың меншікті салмағының өзгеруіне де байланысты. Бұндай жағдай концентрациясы белгілі ерітінділерде өсімдік кесінділерін өңдеу нәтижесінде ерітінді концентрацияларының алғашқы алғандағыдан қай бағытта өзгергендігін анықтау мүмкіншілігін тудырады.

1 молярлы ерітіндіден 8 пробирка алып, оның әрқайсысына 10-мл-ден мынадай концентрациялы 1,0; 0,6; 0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1; молярлы ерітінділер даярланады.

Даярланған пробиркалардың ішіндегі ерітінділер мұқият араластырылып, ол пробиркалардың тұстарына қойылған 8 кәрлен тигельдердің әрқайсысына өз тұсында тұрған пробиркадан 1 мл ерітінділер өлшеп құйылады. Тигельдердегі ерітінділерге тығын бұрғысымен тесіп алынған, көлемі бірдей болатындай үш-үштен жапырақ кесінділері салынады. Жапырақ кесінділері тигельдегі ерітінділерге батып тұруы тиіс. 20 минут өткеннен кейін әр тигельге скальпель ұшымен 3-4 метилен кристалын салып араластырады. Ал кесінділердің өңделу уақыты 30 минут болса, капилляр ұзын түтігімен 3-4 см боялған ерітінді сорылып, тигель тұсындағы пробиркасындағы ерітіндінің орта шамасына апарып, капилляр түтігіндегі ерітінді ағызылады. Боялған ерітіндінің бағытына қарай өсімдік клеткасының су потенциалына тең ерітінді концентрациясы табылады. Мысалы, пробиркадағы ерітіндіде боялған тамшы төмен батса, клетка шырынының осмостық потенциалы ерітіндінің осмостық потенциалынан артық болуынан клетка сыртқы ерітіндінің суын алып қоюлануына байланысты оның концентрациясы және меншіті салмағы артады. Ал, керсінше, пробиркадағы ерітіндінің ішінде боялған тамшы жоғары көтерілсе, клетканың суынан айырылу себебінен боялған ерітіндінің концентрациясы бастапқыдан кемиді.

Егер бір пробиркадағы ерітіндіде соған тұспа-тұс тұрған тигельдегі боялған ерітіндіні ағызғанда, тамшы жоғары не, төмен түспесе ерітінді концентрациясынң өзгермегені. Ондац клетканың су потенциалына тең болғаны. Ол формула бойынша есептеп шығарылады: Ψ_в = R · T · C · i: мұндағы - Ψ_в - клетканың су потенциалының атмосфералық күші, R- газ константасы 0,0821; Т – абсолют нөлді қосқандағы температура (Т – 273+ t⁰ ), С- моль есебімен изотониялық концентрация; i – изотоникалық коэфицент ( сахароза үшін 1, NaCl - 1,5)

Ерітіндіні даярлауда және тәжірибе бақылауларын жүргізгенде 5-кестені пайдалану керек.

1 Қандай ерітінді гипотоникалық ерітінді деп аталады?

2 Гипотоникалық ерітінді қандай ерітінді?

3 Транспирация дегеніміз не?

4 Транспирацияның өсімдік тіршілігінде қандай маңызы бар?

5 Транспирацияның неше итүрін білесіздер?

6 Бұл тәжірибеден өсімдіктің топырақтан су қабылдауын қалай түсінуге болады?

7 Өсімдіктің тамыр қысымын қалай түсіндіресіздер, анықтамасын келтіріңіздер.

- жұмыс ретімен таныстыру.

- құрғақ жел және бөлме температура жағдайларында транспирация қарқындылығын белгілеу.

Жалпы түсінік:

Торсион таразысын пайдалану жолы: торзион таразысы арқылы 1 мг дәлдігіне дейін өлшеу мүмкіншілігі бар. Ол үшін торзион таразысын 2 винті арқылы горизонталь дұрыс етіп орналастырыпөлшеу алдында оның дәлдігін анықтау керек.

Ол үшін арретирді жұмыс қалпына келтіреміз, яғни сабы арқылы үлкен стрелканы жылжыта отырып, кіші тілшенің «0» жағдайда болуын қамтамасыз етеді.

Мысалы, таразы иінінде ешқандай зат жоқ кезінде тілшені «0» -ге қойған кезде кіші стрелка «0» - де тұрады. Енді таразы иініне 180 мг клетін зат ілейік, үлкен стрелканы таразы шкаласының 180 мг деген жеріне келтірмей, кіші стрелка «0» жағдайына келмейді. Дәл осы сияқты белгілі өсімдік мүшесін өлшегенде кіші стрелканы «0» жағдайында тұратындай етіп үлкен стрелканы жылжыта отырып, оның көрсеткен саны арқылы қойылған заттың салмағын анықтайды.

Ескерту:таразы иініне зат ілерде және таразымен жұмысты бітіргенде арретирді жоғары көтеріп жұмыстан шыққан қалпына келтіру керек.

Жұмыстың орындалу тәртібі:

Торзион таразысы арқылы белгілі өсімдік жапырақ кесіндісінің транспирация қарқындылығын анықтау 2-3 минут аралығындағы салмақ айырмашылығы арқылы анықталады. Кесілген жапырақтың аз уақытта транспирация қарқындылығының анықталуына, өсімдіктен кесіп алынған жапырақтың тіршілігі өзгермеген кезде табу мүмкіншілігі болады.

Барлық бақылау мерзімі 10-15 минуттан артық болмауы керек. Себебі 15 минуттан кейін жараланған жапырақ суынан айырылу салдарынан солып, булануын тоқтатады.10-15 минуттың ішінде алынған жапырақ кесіндісі 3-5 рет торзион таразысына тартылады да олардың жұмсаған суының орта мөлшері анықталады. Мысалы: өсімдіктен кесіліп алына салысымен тартқанда жапырақ кесіндісінің салмағы 370 мг болды дейік, ал 3 минуттан кейін екінші рет тартқанда оның салмағы 368, үшінші рет-365, төртінші рет-360мг, бесінші рет тартқанда жапырақ кесіндісінің салмағы 355 мг болады.

Орта есеппен әр 3 минутта (25:5) -5 мг су жұмсап отырса, тәжірибедегі жапырақ кесіндісінің ауданы алынған өсімдіктің 1 сағатта 1м² жапырақ кесіндісіне қанша суды транспирациялайтыны есептеп шығарылады.

Уақыт бiрлiгi iшiде, салмақ не болмаса жапырақтың ауданы бiрлiгiне кесiп алған жапырақтан судың буланған мөлшерi транспирация қарқындылығын бiлдiредi.

Транспирация қарқындылығының шамасына сыртқы орта жағдайлары, яғни күн сәулесi, ауа ылғалдылығы, температура әсер етедi. Транспирацияны анықтаудың негiзгi әдiстерi- таразы арқылы буланған суды өлшеу. Бұл әдiс арқылы тутас өсiмдiктiң не болмаса өсiмдiк бөлiктерiнiң -өркендерiнiң, жапырағының транспирациясын өлшеуге болады.

Өлшеу кезiнде өсiмдiк құрғап кетпеуi үшiн, оны суға толған Веска сосудында ұстайды. Өсiмдiк транспирациясы қарқындылығының ашық су бетiнен булану қарқындылығына қатынасы салыстырмалы транспирация болып табылады. Салыстырмалы транспирацияны өсiмдiк транспирациясын реттеу қабiлетiн бiлдiредi. Салыстырмалы транспирацияны өсiмдiк транспирациясын өлшеу жағдайларында анықтайды. Бұл көрсеткiш өсiмдiктiң транпирациясын реттеу қабiлетiн бiлдiредi. Салыстырмалы транспирацияны өсiмдiк транспирациясын өлшеу жағдайларында анықтайды. Бұл көрсеткiш өсiмдiктiң транспирацияны реттеу қабiлетiн бiлдiредi. Салыстырмалы транспирацияның мөлшерi 0,1- 0,3 кейбiр кезде 0,01 шамасында байқалады.

Өсiмдiк жапырағының сағағын суға салып, су iшiнде қайшымен кесiп алады. Бұл кезде кесiлген сағақ iшiне

Су толып, олардың ауаға толып суды өткiзушiлiгiне жол берiлмейдi.

Осылай кесiлген жапырақты суға толған Беска сосудына орнатады. Оның сағағы сосудтағы суға малынып тұрады. Беска сосудының сырты құрғақ болуға тиiстi. Осылай даярланған жапырақ Беска сосудымен қоса таразыға салынып өлшенедi. Оның салмағы арнаулы кестеге жазылады. Тәжiрибеде осылай даярланған бiрнеше жапырақты бiр мезгiлде өлшеуге болады. Одан соң, сосудқа салынған жапырақтар 30 минут не болмаса бiр сағат мерзiмiнде сыртқы жағдайларда сақталады. Түрлi сыртқы жағдайлардың транспирацияға әсерiн байқау үшiн жапырақтардың кейбiреуiн жарық сәулеге, басқаларын қараңғы,не болмаса ылғалды камераға салады.

Белгiлi уақыт өткен соң, сосудпен бiрге жапырақтар екiншi рет таразыға салынып, олардың алмағы белгiленедi. Салмағының кемуi буланған судың мөлшерiн көрсетедi. Алынған мәліметтер транспирация қарқындылығын белгiлеуге негiз болады. Оны мынадай теңдеумен табады:
Т _Қ = _10000 х С_____ / I /

S t

С- екiншi өлшем аралығындағы буланған судың салмағы, гр

S- жапырақ ауданы, см ²

t – тәжiрибе уақыты, сағат

100 см ² қағаздың салмағы мен жапырақтың қағаз үлгiсiнiң салмағын

таразымен өлшеп, пропорция арқылы жапырақ ауданын табады. Егер

100 см ² қағаздың салмағы А гр. болса, жапырақ үлгiсiнiң салмағы В гр. болса, жапырақ ауданы мынадай теңдеумен табылады:

Одан соң салыстырмалы транспирация мынадай теңдеумен белгiленедi:

Т= Т _қ

Б _қ