Тема: Мікрохімічні реакції на кутин, лігнін, дубильні і пектинові речовини
Мета роботи: Проаналізувати підготовлені мікропрепарати листків та плодів на наявність здерев’яніння, кутину, пектинових та та дубильних речовин.
Матеріали: коренеплід моркви або серцевина бузини чорної, листки липи.
Прилади: мікроскопи, лупи препарувальні голки, пінцети, предметні та покривні скельця,, чашки Петрі, піпетки, леза,смужки фільтрувального паперу, дистильована вода, розчин йоду в калії йодистому,судан III (спиртовий розчин), водний розчин ZnClJ ( водний розчин ZnCl2 KJ, до якого додається KJ),флороглюцин, концентрована соляна кислота (HCl, сірчанокислий анілін, фелінгова рідина, сафранін).
Кутин суміш органічних воскоподібних речовин Стійкість до зовнішніх дій і водовідштовхувальні властивості обумовлюють його захисну роль. А саме кутинізований епідерміс рослин оберігає їх від втрати води і проникнення мікроорганізмів. Кутинізація – відкладання на зовнішніх стінках клітин епідерми кутину у вигляді жироподібної плівки — кутикули, яка обмежує транспірацію (випаровування) води з клітин рослини. Найбільш поширеною групою речовин, що утворюються в клітині і відкладаються за типом адкрустації, є кутин. Сам процес хімічної модифікації оболонки за його участю називається кутинізацією. Кутин за хімічними властивостями подібний до суберину, але відрізняється від нього переважанням насичених оксикислот жирного ряду. Кутин утворює суцільну поверхневу плівку, яка вкриває зверху клітини епідерми усіх надземних органів рослин і межує з повітрям. Ця плівка називається кутикулою. Кутин може просочувати і частину целюлозних глибинних шарів оболонки.
Досить часто плівка кутину на оболонках поверхневих клітин соковитих плодів – винограду, слив, кавунів або листків деяких рослин може містити і певну кількість воску, який теж секретується із цитоплазми, доповнюючи захисні властивості кутикули.
Кутикула стійка до різних реактивів. Вона не розчиняється навіть у міцній сірчаній кислоті, в також стійка до дії різних мікроорганізмів та грибів. Кутинізовані клітинні стінки практично непроникні для води та інших рідин. Тому кутикулярна плівка утворюється на нижніх клітинах, щоб зберегти їх від висихання. Якщо стінки клітини кутинізуються з усіх боків, то таке явище, як і при окорковінні, спричиняє відмирання клітини.
Кутинізація має велике значення при захисті рослин від надмірного випаровування, пошкоджень і проникнення інфекції. Через кутикулу важко проходять речовини, тому транспірація, живлення і газообмін у рослин майже повністю відбувається крізь продихи. Але крізь кутикулу можуть проходити деякі інсектициди, фізіологічно активні речовини, поживні солі, що наносяться шляхом обприскування.
Лігнін належить до полімерних продуктів ферментативної конденсації фенольних сполук. Як і целюлоза, лігнін не містить азоту і має менше атомів кисню. На відміну від целюлози, лігніну не властиве подвійне променезаломлювання.
Мікроскопічні, поляризаційні та рентгенографічні дослідження свідчать про те, що лігнін є лише матриксом, що заповнює міжфібрилярні проміжки целюлозних оболонок. Особливо характерним є роздерев’яніння кам’янистих клітин у достигаючих груш та айви. Це помітили вчені у деревині плодових культур, пошкоджених морозами.
Кількість лігніну у різних деревних порід неоднакова:
- у хвойних – до 30%;
- у листяних – до 25%;
- в оболонці горіхів – до 60%.
Включення лігніну в оболонку клітини спричиняє в ній ряд змін: потовщення, ущільнення, підвищення питомої маси, більший показник заломлення світла, також змінюються фізичні властивості самої оболонки. Вона стає твердішою, більш крихкою і менш еластичною порівняно з целюлозою. Часто спостерігається зв’язок між кількістю лігніну в деревині та її твердістю. Наприклад, м’яка деревина тополі має 21% лігніну, а дуба – 28%. Здерев’янілі оболонки вбирають менше води і при висиханні менше, ніж целюлозна оболонка, зменшуються в об’ємі та деформуються.
Лігнін в оболонках відкладається нерівномірно. Найшвидше дерев’яніє серединна пластинка оболонки, потім вторинні шари, а третинні, внутрішні, майже не дерев’яніють. Процес здерев’яніння оболонок ксилеми відбувається досить швидко після відокремлення молодих клітин від камбію. Характер структурно-функціонального взаємозв’язку між лігніном і целюлозою подібний по принципу конструкції залізобетонних споруд: целюлоза – це сталеві арматурні елементи залізобетону, а лігнін заповнює проміжки між цим каркасом. Таким чином, утворюється єдине монолітне ціле.
Фізіологічне значення здерев’яніння в тому, що воно надає більшої механічної міцності оболонкам, тканинам та органам рослини. Воно має також антисептичне значення, так як лігнін консервує, ущільнює оболонку, особливо у відмерлих клітин. Порівняно із целюлозою, лігнін більш хімічно інертний і стійкіший до пошкодження бактеріями, грибками та ферментами.
Дубильні речовини – речовини, які містять у багатьох рослинах та мають здатність перетворювати недублену шкіру на дублену. Дублення – процес при якому дубильні речовини осаджують білки шкіри, утворюючи з ними нерозчинні з’єднання. Дубильні речовини поділяють на дві групи:
1). З’єднання, які за хімічною природою є ефірами ароматичних оксикарбонових кислот і можуть піддаватись гідролізу під дією кислот або ферменту таннази (танін);
2). Конденсовані дубильні речовини, що не мають ефірний характер, ядра яких пов’язані між собою через вуглецеві атоми (катехін).
Дубильні речовини наявні майже в усіх рослинах. Їх знайдено у грибах, водоростях, лишайниках, але найбільше у дводольних. Знаходяться ці речовини у вакуолях клітин кори, листків, коренів, плодів. Кількість їх зменшується в міру достигання плодів.
Пектинові речовини– похідні уронових кислот і є вуглеводними компонентами клітинних стінок. Пектинові речовини містять у своєму складі багато карбоксильних груп, зв’язують іони двовалентних металів, які здатні обмінюватись на інші катіони. Це в свою чергу зумовлює катіоннообміну здатність клітинних стінок рослин.
Протягом клітинного циклу стінка клітини може зазнавати певних хімічних видозмін:
1. здерев’яніння, яке обумовлене просочуванням первинної клітинної стінки лігніном (ароматична сполука). Накопичується тільки у первинній оболонці між молекулами целюлози. У хімічні зв’язки з речовинами стінки не вступає. При цьому оболонка стає міцною, але втрачає еластичність. Клітини із здерев’янілими стінками можуть відмирати, або залишатись живими (якщо багато пор).
2. окорковіння, обумовлене просочуванням клітинної стінки суберином Накопичується у вторинній стінці та вступає у хімічні зв’язки з речовинами стінки. Після окорковіння стінка не пропускає електричний струм, гази, розчини, протопласт завжди відмирає.
3. кутінізація – при цьому зовнішня оболонка епідерми покривається кутіном (суміш воскоподібних речовин). Може відкладатись суцільним шаром або окремими ділянками. Виконує функцію терморегуляції (відбиває сонячні промені, захищає клітину від перегріву). Кутін стійкий проти деяких лугів, кислот, грибів, мікроорганізмів.
4. ослизнення, при цьому слиз утворюється завдяки перетворенню пектина або целюлози. Може накопичуватись у оболонці клітини у твердому стані (в насінні), або через особливі пори виділятись протопластом назовні. Обумовлює захист рослини від висихання, механічного пошкодження, стимулює проростання насіння (тому що всмоктує вологу та прикріплює до грунту).
5. мінералізація – процес просочування стінки вуглекислим кальцієм або кремнеземом. Оболонки стають товщі і такі рослини не поїдаються тваринами.
План роботи
1. Виготовити препарати з поперечних зрізів листка липи серцелистої (Tilia cordata Mill). Для цього рослинні об’єкти затиснути між двома половинками серцевини бузини чи моркви. Шматочки серцевини бузини чи моркви нарізати товщиною 1-2 см. Потрібно стежити, щоб об’єкт не був косо розтшований між частинами бузини. Зрізати потрібно лезом перпендикулярно до затиснутого об’єкта. Після цього зрізи обережно зняти з леза голкою у чашку Петрі з дистильованою водою.
2. Провести гістохімічні реакції на наявність у лиску кутину, лігніну, пектину та дубильних речовин (Табл. 2). Для цього відібрані зрізи помістити у краплину відповідних реактивів на предметне скельце і витримавши їх деякий час накрити покривним скельцем. Надлишок реактиву на предметному скельці забрати смужкою фільтрувального паперу.
Таблиця №2