Исследовательская работа на тему "Хлоропласты и первичный крахмал в листе элодеи"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №3»

городского округа город Салават Республики Башкортостан

                       Исследовательская работа

Хлоропласты и первичный крахмал

в листе элодеи

Выполнил ученик 6 класса

МБОУ "СОШ № 3" г. Салават

Курбаткин Данил

Руководитель: учитель биологии

Манаева Лариса  Анатольевна

Салават 2017

Содержание

Введение                                                                                                 3                                           

Глава 1. Фотосинтетический аппарат растения                                   6                                                                    

1.1 Лист                                                                                                   6                       

1.2  Хлоропласты                                                                                    7                   

Глава 2. Клеточные включения                                                             8                   

2.1 Клеточные включения                                                                      8                  

2.2 Крахмальные зерна                                                                           8                   

Глава 3. Экспериментальная часть                                                        9

Выводы                                                                                                    11                 

Заключение                                                                                              11                

Список литературы                                                                                 12                

Введение

Любой живой организм, как и отдельная клетка, является открытой системой, существование которой возможно только в условиях постоянного обмена  веществом и энергией с окружающей средой.

Обмен веществ - последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах.

Совокупность химических реакций обмена веществ, протекающих в организме, называют метаболизмом.

Метаболизм состоит из взаимосвязанных реакций энергетического обмена, называемого катаболизмом, и пластического обмена, называемого анаболизмом.

Катаболизм, или диссимиляция - это совокупность химических реакций, в которых происходит распад органических  веществ  с выделением энергии.

Анаболизм, или ассимиляция - это совокупность химических реакций, направленных на синтез макромолекул с накоплением энергии.

В зависимости от этого, в каком виде поступают в клетки необходимые для биосинтеза химические элементы, в первую очередь углерод, все организмы можно разделить на автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы используют в качестве источника углерода неорганическое вещество углекислый газ.

Гетеротрофы не способны синтезировать органические вещества из неорганических, они потребляют органику, созданную автотрофами.

    Основным источником энергии для всех живых существ планеты Земля является энергия солнечного света, которую аккумулируют зеленые растения. Их клетки за счет энергии солнечного света способны синтезировать органические соединения: углеводы, жиры, белки, которые служат пищей для гетеротрофных организмов.

     Таким образом, зеленые растения служат аккумуляторами солнечной энергии, и все органические вещества, которые потребляют животные и человек, создаются в зеленом листе.

Актуальность исследовательской работы  заключается в том, что фотосинтезирующие организмы трансформируют энергию солнечного света в энергию химических связей органических соединений, которая используется всеми живыми организмами планеты Земля, насыщают атмосферу Земли кислородом, который служит для окисления аэробными клетками органических веществ и извлечения этим способом запасенной в них химической энергии.

Гипотеза: Хлоропласты-органеллы растительной клетки являются источником  ассимилятов и АТФ.

Цель: исследовать структурную и биохимическую организацию фотосинтетического аппарата растительной клетки.

Задачи:

1.     Изучить фотосинтетический аппарат растительной клетки на примере листа элодеи

2.  Определить наличие запасных веществ в клетке.

Объект исследования: клетки листа элодеи.

Предмет исследования: хлоропласты -  органеллы растительной клетки.

Методы исследования:

 - изучение и анализ литературы;

 - лабораторный опыт;

 - выделение и синтез главных компонентов.

Практическая  значимость исследования: роль фотосинтезирующих организмов в планетарном масштабе велика. Образование органических веществ в листе на свету - это основной источник органических веществ на Земле, от которых зависит жизнь живых организмов. Сохранение и расширение зеленого покрова Земли имеет решающее значение для всех живых существ, населяющих нашу планету. Человек несет ответственность за сохранение жизни на Земле.

Глава 1. Фотосинтетический аппарат растения

1.1 Лист

     Фотосинтетический аппарат растения — сложно организованная система, обеспечивающая поглощение света и преобразование его энергии в энергию химических связей. Структурно-функциональная организация фотосинтетиче­ского аппарата может быть рассмотрена на двух уровнях:

·        на уровне листа как органа фотосинтеза в растении;

·        на уровне хлоропласта — клеточной органеллы, где сосредоточены все структуры, обеспечивающие фотосинтез.

 Лист - орган растения представляет собой эффективную систему для поглощения и преобразования энергии света в ходе фотосинтеза.

Особенности анатомического строения листа определяются его главной функцией - фотосинтетической. Поэтому важнейшей тканью листа является хлорофиллоносная паренхима (хлоренхима). Эта ткань образует мякоть листа, или мезофилл, в клетках которого сосредоточены хлоропласты и происходит фотосинтез.

Мезофилл дифференцируется на палисадную (столбчатую) и губчатую паренхиму. Обычно палисадная паренхима располагается на верхней стороне листа, а губчатая - на нижней.

Палисадная паренхима содержит 75-80% всех хлоропластов листа и выполняет основную работу по ассимиляции диоксида углерода.

В губчатой паренхиме интенсивность фотосинтеза ниже, чем в столбчатой, но зато активно идут процессы транспирации (испарение воды растением) и газообмена (доставка к тканям кислорода и выведение из них углекислого газа).

Хлоропласты содержат и другие ткани листа, например  клетки колленхимы - механической ткани, что укрепляет жилку и придает листу прочность.

1.2  Хлоропласты

 Хлоропласты являются органеллами растительных клеток. Основная функция хлоропласта состоит в улавливании и преобразовании световой энергии. Их форма и размеры разнообразны, но чаще всего это овальные тельца длиной 5-10 мкм и диаметром 2-3 мкм., покрытые оболочкой, состоящей из наружной и внутренней мембран. В основном размер хлоропластов обуславливается световым режимом среды обитания растения. У световыносливых растений они мельче, чем у теневыносливых. Во внутренней гомогенной среде хлоропластов - строме находятся ферменты, синтезирующие органические вещества с использованием энергии АТФ. В ней же откладывается крахмал. В зависимости от степени освещенности хлоропласты способны перемещаться в толще цитоплазмы таким образом, чтобы слабый свет воздействовал на большую фотосинтезирующую поверхность (усиление фотосинтеза), а сильный - на минимальную(защита от разрушительного действия прямых солнечных лучей). Поэтому хлоропласты располагаются вдоль клеточных стенок, параллельно световому потоку.

В одной клетке листа может находиться 15-20 и более хлоропластов. Они имеют зеленый цвет из-за присутствия фотосинтезирующего пигмента хлорофилла.

Хлорофилл обеспечивает поглощение и первичное преобразование энергии света при фотосинтезе.  

Фотосинтез  – процесс превращения  световой энергии  в химическую  и использование  этой энергии для  синтеза органических веществ, образующихся из углекислого газа и воды. В результате воздействия света на молекулу хлорофилла выделяется энергия, за счет которой происходит расщепление воды с образованием кислорода – это световая стадия фотосинтеза. Темновая фаза осуществляется в строме хлоропластов без непосредственного участия света. Это восстановление углекислого газа до уровня органического вещества за счет использования энергии АТФ, синтезированной в световой фазе.

Глава 2. Клеточные включения

1.1 Клеточные включения

Все включения являются продуктами клеточного метаболизма. Их основная функция резервная. Они накапливаются в форме гранул, капель и кристаллов в цитоплазме, митохондриях, пластидах. Это непостоянные образования, которые в процессе жизнедеятельности клетки могут то возникать, то исчезать. Химический состав включений разнообразный, хотя состоят из одного конкретного органического вещества: белка, углевода или жира.

1.2 Крахмальные зерна

    Главным и наиболее распространенным из запасных веществ растений является полисахарид крахмал. Это важный источник в рационе человека.

По способу образования различают два типа крахмала: первичный (ассимиляционный) и вторичный. Первичный крахмал образуется только в хлоропластах на свету в процессе фотосинтеза и откладывается в виде мелких зерен при избытке растворимых углеводов клетки. Ночью, когда фотосинтез не происходит, ассимиляционный крахмал под действием ферментов гидролизуется до сахара и транспортирует в другие части растений. Вторичный крахмал синтезируется из продуктов гидролиза первичного крахмала.

    Крахмал химически неоднороден. В основном состоит из амилозы и амилопектина, которые под действием раствора йода окрашиваются в темно-синий цвет.

Глава 2. Экспериментальная часть

Оборудование: микроскоп, пинцет, предметные и покровные стекла, дистиллированная вода, пипетки, полоски фильтровальной бумаги, веточки элодеи.

Реактивы: реактив Люголя (раствор йода в растворе иодида калия).

Ход работы:

 1.Пинцетом оторвать лист злодеи и положить в каплю воды морфологически верхней стороной  под покровное стекло. Рассмотреть при малом и большом увеличении микроскопа.

2.Сняв препарат со столика микроскопа, приподнять покровное стекло. прибавить каплю реактива Люголя  и снова наложить стекло. Отметить окраску зерен крахмала внутри хлоропластов.

3. Зарисовать.

Обсуждение

При малом увеличении (х28) лист элодеи достаточно прозрачен, так как состоит всего из двух слоев клеток, и только вдоль жилки мелкие клетки образуют большое число слоев (Приложение 1). Такое строение объясняется тем, что элодея приспособилась к жизни в воде и это привело к упрощению ее строения. Чтобы четко увидеть верхний или нижний слой, при работе нужно вращать микрометрический винт микроскопа.

Благодаря прозрачности  листа  хорошо видно строение отдельных клеток. При малом увеличении микроскопа видно, что клетки верхнего слоя листа крупнее, чем клетки нижнего, все они вытянуты и по краю листа более прозрачны.  Некоторые из краевых клеток образуют зубчики. Клетки элодеи почти прямоугольной формы, имеют плотные оболочки. Ядра в клетках не видны, поскольку в неокрашенной клетке показатели преломления ядра и цитоплазмы почти одинаковы. При слабом увеличении заметны многочисленные черные полосы - межклетники, пространства между клетками верхней и нижней сторон листа, заполненные воздухом. Под микроскопом межклетники выглядят темными из-за большой разницы в показателях преломления света воздуха (n=1) и клеточных оболочек (n=1,5). Когда вода, показатель преломления света которой близок показателю преломления оболочек (n=1,33), войдет в межклетники и вытеснит из них воздух, межклетники станут незаметными. Для изучения содержимого клетки, было выбрано  место около жилки, вблизи от основания листа. (Приложение 1)

  2. При большом увеличении (х280) в клетке видны зеленые овальные пластиды – хлоропласты, которые маскируют ядро, и это еще одна причина почему его трудно обнаружить в клетке. Хлоропласты имеют овальную форму. Они погружены в цитоплазму и прижаты к стенкам клетки. Все хлоропласты имеют  почти одинаковые размеры. В вытянутых клетках жилки хорошо заметно, как хлоропласты быстро перемещаются вдоль боковых стенок клетки, хотя сами хлоропласты не имеют активных органов движения (ресничек, жгутиков). Их движение связано с движением цитоплазмы. О  наличии цитоплазмы и об условных границах клеточной вакуоли можно судить лишь по перемещению пластид вдоль клеточных стенок. В клетках цитоплазма, окружающая крупную центральную вакуоль, занимает постенное положение и наблюдается круговое движение, или ротационное движение цитоплазмы. (Приложение 2)

3. Если лист элодеи выдержать на ярком свету, то в хлоропластах происходит фотосинтез и в строме возникает органическое вещество - это несколько светлых блестящих зернышек ассимиляционного (первичного) крахмала. Цитоплазма, пластиды окрашиваются в желтый цвет, а зерна крахмала становятся темно-синего цвета после нанесения реактива Люголя на листовую пластинку. Цитоплазма перестанет двигаться, так как йод, проникая в клетку, убивает ее.

Выводы

1.     Изучение микроскопического строения листа элодеи показало наличие хлоропластов как органов, отвечающих за процесс фотосинтеза в зеленых растениях.

2.     Биохимическое исследование выявило наличие первичного (ассимиляционного) крахмала в хлоропластах элодеи. Таким образом, гипотеза об органеллах растительной клетки хлоропластах, как источниках ассимилятов,  подтверждена.

Заключение

  Фотосинтезу принадлежит ведущая роль в биохимическом процессе. В хлоропластах в ходе фотохимических реакций, процессов ас­симиляции и восстановления углекислого газа СО₂ образуются органические вещества и актив­ные метаболиты, необходимые для энергетического и пластического обмена растений, для осуществления их физиологических функций. Жизнь на Земле возможно только  благодаря зеленым растениям. Улавливая солнечные лучи и преобразуя их в энергию органических веществ, зеленые растения обеспечивают сохранение и развитие жизни на Земле.

В этом заключается космическая роль зеленого растения как посредника между Солнцем и всем живым на Земле.

Список литературы

1.Артамонов В.И..: Занимательная физиология растений -М.:  Агропромиздат. 1991;

2. Белл Л.Н..: Энергетика фотосинтезирующей растительной клетки-М.: Наука,1980;

3. Гудвин Т.: Введение в биохимию растений. - М.: Мир, 1988;

4.Комов В.П.: Биохимия - М.: Дрофа, 2008

5. Курсанов А.Л.: Транспорт ассимилятов в растении.- М.: Наука,1976

6. Медведева В.К. :Ботаника. - М.: Медицина, 1985;

7. Мокроносов А.Т.: Фотосинтез -М.: Академия, 2006;

8. Чиркин А.А..: Практикум по биохимии. - Минск: Новое знание, 2002;

9.Якушкин Н.И. :Физиология растений. - М.: Владос, 2005.

 Клетки листа элодеи: 1 - оболочка; 2 - цитоплазма; 3 - хлоропласт с крахмальными зернами; 4 - хлоропласты с окрашенными иодом крахмальными зернами (стрелками показано направление движения цитоплазмы )