Metode preučevanja rastlinskih organizmov. Vrednost botaničnih znanj za usposabljanje specialistov agrokemije in taloslovja. Kemijske analize zdravilnih rastlin. Kemijske raziskovalne metode v rastlinah

Zgodovina študija fiziologije rastlin. Glavni deli fiziologije rastlin

Fiziologija rastlin kot veja botanike.

Tema dela se mora dogovoriti s kustosom izbirne discipline (izbirni) A.N. Luferov.

Značilnosti zgradbe rastlinske celice, kemična sestava.

1. Zgodovina študija fiziologije rastlin. Glavni oddelki in naloge fiziologije rastlin

2. Osnovne metode za preučevanje fiziologije rastlin

3. Zgradba rastlinske celice

4. Kemična sestava rastlinske celice

5. Biološke membrane

Fiziologija rastlin je veda, ki preučuje življenjske procese, ki potekajo v rastlinskem organizmu.

Podatki o procesih, ki se dogajajo v živi rastlini, so se kopičili z razvojem botanike. Razvoj rastlinske fiziologije kot vede je določila uporaba novih, več popolne metode kemijo, fiziko in potrebe kmetijstva.

Fiziologija rastlin je nastala v 17.-18. Začetek rastlinske fiziologije kot znanosti je bil postavljen s poskusi J. B. Van Helmonta o prehrani rastlin z vodo (1634).

Rezultati niza fizioloških poskusov, ki dokazujejo obstoj navzdol in navzgor tokov vode in hranila, zračna prehrana rastlin je predstavljena v klasičnih delih italijanskega biologa in zdravnika M. Malpighija "Anatomija rastlin" (1675-1679) in angleškega botanika in zdravnika S. Galesa "Statika rastlin" (1727). Leta 1771 je angleški znanstvenik D. Priestley odkril in opisal proces fotosinteze - zračno prehrano rastlin. Leta 1800 je J. Senebier objavil razpravo "Physiological vegetale" v petih zvezkih, v kateri so bili zbrani, obdelani in razumljeni vsi do takrat znani podatki, predlagan izraz "fiziologija rastlin", opredeljene naloge, metode preučevanja. fiziologijo rastlin, eksperimentalno dokazal, da je ogljikov dioksid vir ogljika v fotosintezi, postavil temelje fotokemije.

V 19. in 20. stoletju so bila na področju fiziologije rastlin narejena številna odkritja:

1806 - T.A. Knight je opisal in eksperimentalno preučeval pojav geotropizma;

1817 - P. J. Peltier in J. Kavantou sta izolirala zeleni pigment iz listov in ga poimenovala klorofil;

1826 - G. Dutrochet je odkril pojav osmoze;

1838-1839 - T. Schwann in M. Ya. Schleiden sta utemeljila celično teorijo strukture rastlin in živali;

1840 - J. Liebig je razvil teorijo mineralne prehrane rastlin;

1851 - V. Hofmeister je odkril menjavanje generacij v višje rastline;

1859 - C. Darwin je postavil temelje evolucijske fiziologije rastlin, fiziologije cvetov, heterotrofne prehrane, gibanja in dražljivosti rastlin;

1862 - J. Sachs je pokazal, da je škrob produkt fotosinteze;

1865 - 1875 - K. A. Timiryazev je preučeval vlogo rdeče svetlobe v procesih fotosinteze, razvil idejo o kozmični vlogi zelenih rastlin;

1877 - W. Pfeffer je odkril zakone osmoze;

1878-1880 - G. Gelrigel in J. B. Boussengo sta pokazala fiksacijo atmosferskega dušika v metuljnicah v sožitju z nodulnimi bakterijami;

1897 sta M. Nentsky in L. Markhlevsky odkrila strukturo klorofila;

1903 - G. Klebs je razvil nauk o vplivu okoljskih dejavnikov na rast in razvoj rastlin;

1912 - V. I. Palladin je predstavil idejo o anaerobnih in aerobnih stopnjah dihanja;

1920 - W. W. Garner in G. A. Allard sta odkrila pojav fotoperiodizma;

1937 - G. A. Krebs je opisal cikel citronska kislina;

1937 - M.Kh Chailakhyan je predstavil hormonsko teorijo razvoja rastlin;

1937 -1939 – G.Kalkar in V.A.Blitser sta odkrila oksidativno fosforilacijo;

1946 - 1956 - M. Calvin s sodelavci razvozlal glavno pot ogljika v fotosintezi;

1943-1957 – R. Emerson je eksperimentalno dokazal obstoj dveh fotosistemov;

1954 - D. I. Arnon et al. odkril fotofosforilacijo;

1961-1966 – P. Mitchell je razvil kemiosmotsko teorijo sklopitve oksidacije in fosforilacije.

Pa tudi druga odkritja, ki so določila razvoj rastlinske fiziologije kot znanosti.

V 19. stoletju so se ločili glavni deli fiziologije rastlin - to so:

1. fiziologija fotosinteze

2. fiziologija vodnega režima rastlin

3. fiziologija mineralne prehrane

4. fiziologija rasti in razvoja

5. fiziologija odpornosti

6. fiziologija razmnoževanja

7. fiziologija dihanja.

Toda nobenega pojava v rastlini ni mogoče razumeti v okviru samo enega oddelka. Zato je v drugi polovici XX. v fiziologiji rastlin obstaja težnja po združitvi v eno celoto biokemije in molekularne biologije, biofizike in biološkega modeliranja, citologije, anatomije in genetike rastlin.

Sodobna fiziologija rastlin je temeljna znanost, njena glavna naloga je preučevanje vzorcev življenja rastlin. Je pa velikega praktičnega pomena, zato je njegova druga naloga razvoj teoretične osnove pridobivanje največjih donosov kmetijskih, industrijskih in medicinskih rastlin. Fiziologija rastlin je veda prihodnosti, njena tretja, še nerešena naloga pa je razvoj naprav za izvajanje procesov fotosinteze v umetnih pogojih.

Sodobna fiziologija rastlin uporablja celoten arzenal znanstvene metode ki obstaja danes. To so mikroskopske, biokemijske, imunološke, kromatografske, radioizotopske itd.

Razmislimo o instrumentalnih raziskovalnih metodah, ki se pogosto uporabljajo pri preučevanju fizioloških procesov v rastlini. Instrumentalne metode dela z biološkimi predmeti so razdeljene v skupine glede na kateri koli kriterij:

1. Glede na to, kje se nahajajo občutljivi elementi naprave (na napravi ali ne): stik in na daljavo;

2. Po naravi pridobljene vrednosti: kvalitativne, polkvantitativne in kvantitativne. Kvalitativno - raziskovalec prejme informacijo le o prisotnosti ali odsotnosti snovi ali procesa. Polkvantitativno - raziskovalec lahko primerja zmožnosti enega predmeta z drugimi glede na intenzivnost procesa, glede na vsebnost snovi (če ni izražena v numerični obliki, ampak npr. v obliki tehtnica). Kvantitativno - raziskovalec prejme numerične kazalnike, ki označujejo kateri koli proces ali vsebino snovi.

3. Neposredno in posredno. Pri uporabi neposrednih metod raziskovalec prejme informacije o preučevanem procesu. Posredne metode temeljijo na meritvah kakršnih koli spremljajočih količin, tako ali drugače povezanih s proučevano.

4. Glede na pogoje poskusa se metode delijo na laboratorij in teren.

Pri izvajanju raziskav rastlinskih predmetov se lahko izvajajo naslednje vrste meritev:

1. Morfometrija (merjenje različnih morfoloških kazalcev in njihove dinamike (na primer površina listov, razmerje površin nadzemnih in podzemnih organov itd.)

2. Meritve teže. Na primer, določanje dnevne dinamike kopičenja vegetativne mase

3. Merjenje koncentracije raztopine, kemične sestave vzorcev itd. z uporabo konduktometričnih, potenciometričnih in drugih metod.

4. Študija izmenjave plinov (pri preučevanju intenzivnosti fotosinteze in izmenjave plinov)

Morfometrične kazalnike lahko določimo z vizualnim štetjem, merjenjem z ravnilom, milimetrskim papirjem itd. Za določitev nekaterih kazalnikov, na primer celotne prostornine koreninskega sistema, se uporabljajo posebne naprave - posoda z graduirano kapilaro. Prostornina koreninskega sistema je določena s količino izpodrinjene vode.

Ko preučujete kateri koli postopek, uporabite različne metode. Na primer, za določitev stopnje transpiracije uporabite:

1. Metode teže (začetna teža lista in njena teža po določenem času);

2. Temperatura (uporabite posebne klimatske komore);

3. S pomočjo porometrov se določi vlažnost komore, kjer je postavljena testna rastlina.

Lastnosti vseh rastlinskih organizmov in notranjih struktur, ki so lastne določene vrste, določajo večplastni, nenehno spreminjajoči se vplivi okolju. Pomemben je vpliv dejavnikov, kot so podnebje, prst, pa tudi kroženje snovi in ​​energije. Tradicionalno, za razkrivanje lastnosti zdravilnih izdelkov ali hrani, se določijo deleži snovi, ki jih je mogoče analitično izolirati. Toda te posamezne snovi ne morejo pokriti vseh notranjih lastnosti, na primer zdravilnih in aromatičnih rastlin. Zato takšni opisi posameznih lastnosti rastlin ne morejo zadovoljiti vseh naših potreb. Za izčrpen opis lastnosti rastlinskih zdravilnih pripravkov, vključno z biološkim delovanjem, je potrebna celovita, celovita študija. Obstaja več metod za ugotavljanje kakovosti in količine biološko aktivnih snovi v sestavi rastline, pa tudi krajev njihovega kopičenja.

Luminescentna mikroskopska analiza temelji na dejstvu, da biološko aktivne snovi, ki jih vsebuje rastlina, dajejo svetlo obarvan sijaj v fluorescentnem mikroskopu, za različne kemikalije pa so značilne različne barve. Torej, alkaloidi dajejo rumeno barvo, glikozidi pa oranžno. Ta metoda se uporablja predvsem za identifikacijo območij kopičenja aktivnih snovi v rastlinskih tkivih, intenzivnost sijaja pa kaže na večjo ali manjšo koncentracijo teh snovi. Fitokemična analiza je zasnovan za identifikacijo kvalitativnega in kvantitativnega indikatorja vsebnosti aktivnih snovi v easteniju. Za ugotavljanje kakovosti se uporabljajo kemične reakcije. Količina aktivnih snovi v rastlini je glavni pokazatelj njene dobre kakovosti, zato se njihova volumetrična analiza izvaja tudi z uporabo kemične metode. Za preučevanje rastlin, ki vsebujejo aktivne snovi, kot so alkaloidi, kumarini,

glavone, ki ne zahtevajo preproste sumarne analize, temveč tudi njihovo ločitev na sestavine, imenujemo kromatografska analiza. Kromatografska metoda analize Prvič ga je leta 1903 uvedel botanik

barvo, od takrat pa so se razvile njene različne različice, ki imajo neodvisn

pomen. Ta metoda ločevanja mešanice g-zeetov na komponente temelji na razliki v njihovih fizikalnih in kemijske lastnosti. S fotografsko metodo, s pomočjo panoramske kromatografije, lahko naredite vidno notranjo zgradbo rastline, vidite linije, oblike in barve rastline. Takšne slike, pridobljene iz vodnih izvlečkov, se shranijo na filtrirnem papirju s srebrovim nitratom in reproducirajo. Metoda za interpretacijo kromatogramov se uspešno razvija. Ta metodologija je podprta s podatki, pridobljenimi z drugimi, že znanimi, preverjenimi metodami.

Na podlagi cirkulacijskih kromodiagramov se nadaljuje razvoj metode panoramske kromatografije za določanje kakovosti rastline glede na prisotnost koncentriranih hranil v njej. Rezultate, dobljene s to metodo, je treba podpreti s podatki iz analize stopnje kislosti rastline, medsebojnega delovanja encimov, ki jih vsebuje, itd. Glavna naloga nadaljnjega razvoja kromatografske metode analize rastlin bi morala biti najti načini vplivanja na rastlinske surovine med njihovo pridelavo, primarno predelavo, skladiščenjem in na stopnji neposrednega prejema dozirnih oblik, da bi povečali vsebnost dragocenih učinkovin v njih.

Posodobljeno: 2019-07-09 22:27:53

• Ugotovljeno je bilo, da je prilagajanje organizma različnim vplivom okolja zagotovljeno z ustreznimi nihanji funkcionalne aktivnosti organov in tkiv, centralnega živčnega sistema.

ZVEZNA AGENCIJA ZA IZOBRAŽEVANJE

DRŽAVNA UNIVERZA VORONEZH

INFORMACIJSKA IN ANALITIČNA PODPORA OKOLJSKIM DEJAVNOSTIM V KMETIJSTVU

Izobraževalni in metodični priročnik za univerze

Sestavil: L.I. Brekhova L.D. Stakhurlova D.I. Ščeglov A.I. Gromovik

VORONEZH - 2009

Potrdil Znanstveno-metodološki svet Fakultete za biologijo in tla - Protokol št. 10 z dne 04.06.2009.

Recenzent doktor bioloških znanosti, profesor L.A. Yablonsky

Učni pripomoček je bil pripravljen na Oddelku za pedologijo in upravljanje zemljišč Fakultete za biologijo in tla Državne univerze v Voronežu.

Za specialnost: 020701 - Tloslovje

Pomanjkanje ali presežek katerega koli kemičnega elementa povzroči motnje v normalnem poteku biokemičnih in fizioloških procesov v rastlinah, kar na koncu spremeni donos in kakovost rastlinskih proizvodov. Zato določanje kemične sestave rastlin in kazalnikov kakovosti proizvodov omogoča prepoznavanje neugodnih okoljskih razmer za rast tako gojene kot naravne vegetacije. V zvezi s tem je kemična analiza rastlinskega materiala sestavni del dejavnosti varstva okolja.

V skladu s programom laboratorijskega pouka "Biogeocenologija", "Analiza rastlin" in "Varstvo okolja v kmetijstvu" je bil sestavljen praktični priročnik za informacijsko in analitično podporo dejavnosti varstva okolja v kmetijstvu za študente 4. in 5. letnika. Oddelek za tla Fakultete za biologijo in tla VSU.

METODA ZBIRANJA RASTLINSKIH VZORCEV IN NJIHOVE PRIPRAVE ZA ANALIZO

Odvzem rastlinskih vzorcev je zelo pomemben trenutek pri učinkovitosti diagnosticiranja prehrane rastlin in ocenjevanja dostopnosti talnih virov le-tem.

Celotno območje proučevanega pridelka je vizualno razdeljeno na več delov glede na njegovo velikost in stanje rastlin. Če so v posevku območja z jasno najslabše rastline, nato se ta območja označijo na poljskem zemljevidu, se ugotovi, ali je slabo stanje rastlin posledica ento ali fitobolezni, lokalnega poslabšanja lastnosti tal ali drugih rastnih pogojev. Če vsi ti dejavniki ne pojasnijo razlogov za slabo stanje rastlin, potem lahko domnevamo, da je njihova prehrana motena. To preverjajo rastlinske diagnostične metode. Vzemite pro-

iz rastišč z najslabšimi in najboljšimi rastlinami in tlemi pod njimi ter z analizami ugotavljajo vzroke za propadanje rastlin in njihovo prehranjenost.

Če setev ni enotna glede na stanje rastlin, je treba pri vzorčenju zagotoviti, da vzorci ustrezajo povprečnemu stanju rastlin na določenem odseku njive. Rastline s koreninami vzamemo iz vsakega izbranega niza po dveh diagonalah. Uporabljajo se: a) za upoštevanje prirastka in poteka nastajanja organov – bodoče strukture pridelka in b) za kemično diagnostiko.

V zgodnjih fazah (z dvema ali tremi listi) mora vzorec vsebovati vsaj 100 rastlin na 1 ha. Kasneje za žita, lan, ajdo, grah in drugo - najmanj 25 - 30 rastlin na 1 ha. Pri velikih rastlinah (odrasla koruza, zelje ipd.) odvzamemo spodnje zdrave liste vsaj 50 rastlinam. Za upoštevanje akumulacije po fazah in odvzema s posevkom se v analizo vzame celoten nadzemni del rastline.

pri drevesne vrste - sadje, jagode, grozdje, okrasne in gozdne - zaradi posebnosti njihovih starostnih sprememb, pogostosti plodov itd. Vzorčenje je nekoliko bolj zapleteno kot pri poljskih pridelkih. Obstajajo naslednje starostne skupine: sadike, podivjane, cepljene dvoletnice, sadike, mlada in rodna (v rodnosti, v rodnosti in v rodnosti) drevesa. Pri sadikah je v prvem mesecu njihove rasti v vzorec vključena celotna rastlina, nato pa njena razdelitev na organe: liste, stebla in korenine. V drugem in naslednjih mesecih se izberejo popolnoma oblikovani listi, običajno prva dva po najmlajšem, šteto od vrha. Dve leti starim prostoživečim pticam vzamemo tudi prva dva oblikovana lista, šteto od vrha rastnega poganjka. Pri cepljenih dvoletnicah in sadikah, pa tudi pri odraslih, vzamejo srednje liste rastnih poganjkov.

pri jagode - kosmulje, ribez in drugi - so izbrani iz poganjkov trenutne rasti 3 - 4 listov iz 20 grmov, tako da v vzorcu

bilo je vsaj 60 - 80 listov. Odrasle liste vzamemo iz jagod v enaki količini.

Splošna zahteva je poenotenje tehnik vzorčenja, predelave in shranjevanja: jemanje popolnoma istih delov vseh rastlin glede na njihovo plastenje, starost, lokacijo na rastlini, odsotnost bolezni itd. Pomembno je tudi, ali so bili listi na direktnem soncu ali v senci, v vseh primerih pa je treba izbrati liste enako položene glede na sončno svetlobo, najbolje na svetlobi.

Pri analizi koreninskega sistema povprečni laboratorijski vzorec pred tehtanjem skrbno speremo v vodi. voda iz pipe splaknemo v destilirani vodi in posušimo s filtrirnim papirjem.

Laboratorijski vzorec zrnja ali semena se s sondo odvzame iz več mest (vreča, škatla, stroj), nato se ga v enakomerni plasti razporedi na papir v obliki pravokotnika, razdeli na štiri dele in iz dveh odvzame material. nasprotnih delov do želene količine za analizo.

Eden od pomembne točke pri pripravi rastlinskega materiala za analizo je pravilna fiksacija le-tega, če se analize ne predvidevajo v svežem materialu.

Za kemijsko oceno rastlinskega materiala glede na skupno vsebnost hranil (N, P, K, Ca, Mg, Fe itd.) vzorce rastlin posušimo do zračno suhega stanja v sušilniku pri

temperatura 50 - 60 ° ali na zraku.

Pri analizah, katerih rezultati bodo sklepali o stanju živih rastlin, je treba uporabiti svež material, saj venenje povzroči znatno spremembo sestave snovi ali zmanjšanje njene količine in celo izginotje snovi, ki jih vsebuje. v

žive rastline. Na primer, celuloza ni podvržena razgradnji, medtem ko se škrob, beljakovine, organske kisline in predvsem vitamini po več urah venenja razgradijo. To prisili eksperimentatorja, da opravi analize na svežem materialu pri zelo visoki kratek čas kar ni vedno mogoče. Zato se pogosto uporablja fiksacija rastlinskega materiala, katere namen je stabilizirati nestabilne rastlinske snovi. Inaktivacija encimov je odločilnega pomena. Glede na cilje poskusa se uporabljajo različne metode fiksacije rastlin.

Pritrditev trajekta. Ta vrsta fiksacije rastlinskega materiala se uporablja, kadar ni potrebe po določanju vodotopnih spojin (celični sok, ogljikovi hidrati, kalij itd.). Med predelavo rastlinske surovine lahko pride do avtolize tako močno, da se sestava končnega produkta včasih bistveno razlikuje od sestave vhodnega materiala.

V praksi se pritrditev s paro izvede na naslednji način: v vodni kopeli je obešena kovinska mreža, kopel je od zgoraj prekrita z gostim negorljivim materialom in voda segreva do hitrega sproščanja pare. Po tem se svež rastlinski material položi na mrežico v kopeli. Čas fiksiranja 15 - 20 min. Nato posušite rastline

vatsya v termostatu pri temperaturi 60 °.

Pritrjevanje temperature. Rastlinski material se da v vrečke iz kraft papirja in sočno sadje in zdrobljeno zelenjavo ohlapno položimo v emajlirane ali aluminijaste kivete. Material hranimo 10 - 20 minut pri temperaturi 90 - 95 °. To deaktivira večina encimi. Po tem se listno-stebelna masa, ki je izgubila turgor, in plodovi posušijo v sušilniku pri temperaturi 60 ° z ali brez prezračevanja.

Pri uporabi te metode fiksacije rastlin je treba upoštevati dolgotrajno sušenje rastlinskega materiala v temi

temperaturah 80° in več pride do izgub in sprememb snovi zaradi kemijskih transformacij (termični razpad nekaterih snovi, karamelizacija ogljikovih hidratov itd.), pa tudi zaradi hlapnosti amonijevih soli in nekaterih organskih spojin. Poleg tega temperatura surovega rastlinskega materiala ne more doseči temperature okolice (sušilnice), dokler voda ne izhlapi in se vsa vnesena toplota preneha pretvarjati v latentno toploto uparjanja.

Hitro in nežno sušenje rastlinskega vzorca se v nekaterih primerih šteje tudi za sprejemljivo in sprejemljivo metodo fiksacije. S spretnim vodenjem tega postopka so lahko odstopanja v sestavi suhe snovi majhna. Posledica tega je denaturacija beljakovin in inaktivacija encimov. Običajno se sušenje izvaja v sušilne omare(termostati) ali posebne sušilne komore. Material se veliko hitreje in bolj zanesljivo suši, če skozi omaro (komoro) kroži segret zrak. Najprimernejša temperatura za sušenje

šivanje od 50 do 60°.

Posušen material se bolje ohrani v temi in na hladnem. Ker so številne snovi, ki jih vsebujejo rastline, sposobne samooksidacije tudi v suhem stanju, je priporočljivo, da posušeno snov shranjujete v tesno zaprtih posodah (bučke z brušenimi zamaški, eksikatorji ipd.), do vrha napolnjene s snovjo, tako da v posodah ni več veliko zraka.

Zamrzovalni material. Rastlinski material je zelo dobro ohranjen pri temperaturah od -20 do -30 °, pod pogojem, da se zamrzovanje zgodi dovolj hitro (ne več kot 1 uro). Prednost shranjevanja rastlinskega materiala v zamrznjenem stanju je tako zaradi učinka ohlajanja kot dehidracije materiala zaradi prehoda vode v trdno stanje. Upoštevati je treba, da pri zamrzovanju

encimi se inaktivirajo le začasno, po odtajanju pa lahko v rastlinskem materialu pride do encimskih transformacij.

Obdelava rastlin z organskimi topili. Kot kvaliteta

Kot fiksirno sredstvo lahko uporabimo vreli alkohol, aceton, eter itd.. Fiksacija rastlinskega materiala po tej metodi se izvede tako, da se spusti v ustrezno topilo. Vendar pa s to metodo ne pride le do fiksacije rastlinskega materiala, temveč tudi do ekstrakcije številnih snovi. Zato se lahko taka fiksacija uporabi le, če je vnaprej znano, da se snovi, ki jih je treba določiti, ne ekstrahirajo s tem topilom.

Po fiksaciji posušene vzorce rastlin zdrobimo s škarjami in nato v mlinu. Zdrobljen material presejemo skozi sito s premerom lukenj 1 mm. Hkrati se iz vzorca ne vrže nič, saj z odstranitvijo dela materiala, ki ni šel skozi sito pri prvem presejanju, s tem spremenimo kakovost povprečnega vzorca. Večje delce gredo skozi mlin in ponovno presejejo. Ostanke na cedilu zmeljemo v možnarju.

Iz tako pripravljenega povprečnega laboratorijskega vzorca se vzame analitski vzorec. Da bi to naredili, je rastlinski material, porazdeljen v tankem enakomernem sloju na list sijajnega papirja, diagonalno razdeljen na štiri dele. Nato dva nasprotna trikotnika odstranimo, preostalo maso pa ponovno v tankem sloju porazdelimo po celem listu papirja. Ponovno narišemo diagonale in spet odstranimo dva nasprotna trikotnika. To se izvaja, dokler na listu ne ostane količina snovi, ki je potrebna za analitski vzorec. Izbrani analitski vzorec se prenese v Stekleni kozarec s prevlečenim zamaškom. V tem stanju se lahko hrani za nedoločen čas. Masa analiznega vzorca je odvisna od količine in metodologije raziskave in se giblje od 50 do nekaj sto gramov rastlinskega materiala.

Vse analize rastlinskega materiala je treba opraviti z dvema vzporednima vzorcema. Samo podobni rezultati lahko potrdijo pravilnost opravljenega dela.

Z rastlinami je treba ravnati v suhem in čistem laboratoriju brez amoniakovih hlapov, hlapnih kislin in drugih spojin, ki bi lahko vplivale na kakovost vzorca.

Rezultate analiz je mogoče izračunati tako za zračno suhe kot za absolutno suhe vzorce snovi. V zračno suhem stanju je količina vode v materialu v ravnovesju z vodno paro v zraku. To vodo imenujemo higroskopna, njena količina pa je odvisna tako od rastline kot od stanja zraka: bolj ko je zrak vlažen, bolj je higroskopna voda v rastlinskem materialu. Za pretvorbo podatkov v suho snov je treba določiti količino higroskopske vlage v vzorcu.

DOLOČANJE SUHE SNOVI IN HIGROSKOPNE VLAGE V ZRAČNO SUHEM MATERIALU

Pri kemijski analizi se količinska vsebnost določene sestavine izračuna na podlagi suhe snovi. Zato se pred analizo določi količina vlage v materialu in s tem količina absolutno suhe snovi v njem.

Napredek analize. Analitski vzorec snovi se v tankem sloju razporedi na list sijočega papirja. Nato z lopatko različni kraji majhni ščepci snovi, porazdeljene po listu, se prenesejo v steklenico, predhodno posušeno do konstantne teže. Vzorec mora biti približno 5 g. Tehtič skupaj z vzorcem stehtamo na analitski tehtnici in postavimo v termostat, v katerem se vzdržuje temperatura 100-1050. Prvič v termostatu odprto steklenico z vzorcem hranimo 4-6 ur. Po tem času se steklenica iz termostata prenese v eksikator za hlajenje, po 20-30

minut, se steklenica stehta. Po tem se steklenica odpre in ponovno postavi v termostat (na isto temperaturo) za 2 uri. Sušenje, ohlajanje in tehtanje ponavljamo, dokler tehtanec ne doseže konstantne teže (razlika med zadnjima dvema tehtanjema mora biti manjša od 0,0003 g).

Odstotek vode se izračuna po formuli:

kjer je: x odstotek vode; c – teža rastlinskega materiala pred sušenjem, g; c1 - teža rastlinskega materiala po sušenju.

Oprema in posoda:

1) termostat;

2) steklenice.

Obrazec za beleženje rezultatov

	Teža škatle s		Teža škatle s
			na tečajih
	do	do						Tečaj
			po sušenju -
	sušenje-	sušenje-						po vysu-
								šivanje, g

DOLOČANJE "SUROVEGA" PEPELA Z METODO SUHEGA UPEPELJENJA

Pepel je ostanek, ki nastane po sežigu in žganju organskih snovi. Med zgorevanjem ogljik, vodik, dušik in delno kisik uhajajo, ostanejo pa le nehlapni oksidi.

Vsebnost in sestava elementov pepela rastlin je odvisna od vrste, rasti in razvoja rastlin, predvsem pa od talno-klimatskih in agrotehničnih pogojev njihovega gojenja. Koncentracija elementov pepela se v različnih tkivih in organih rastlin bistveno razlikuje. Tako je vsebnost pepela v listih in zelnatih organih rastlin veliko večja kot v semenih. V listih je več pepela kot v steblih,

Že v začetku 16. stol. ugotovljena je bila pomembna resnica: zdravilne lastnosti vsako rastlino določa njena kemična sestava, to je prisotnost v njem določenih snovi, ki imajo določen učinek na človeško telo. Kot rezultat analize številnih dejstev je bilo mogoče identificirati nekatere farmakološke lastnosti in spekter terapevtskega delovanja številnih skupin kemičnih spojin, imenovanih aktivne sestavine. Najpomembnejši med njimi so alkaloidi, srčni glikozidi, triterpenski glikozidi (saponini), flavonoidi (in druge fenolne spojine), kumarini, kinoni, ksangoni, seskviterpenski laktoni, lignani, aminokisline, polisaharidi in nekatere druge spojine. Od 70 skupin trenutno znanih naravnih spojin nas pogosto zanima le nekaj skupin, ki imajo biološko aktivnost. To omejuje izbiro in s tem pospešuje iskanje naravnih kemikalij, ki jih potrebujemo. na primer protivirusno delovanje imajo le nekatere skupine flavonoidov, ksantonov, alkaloidov, terpenoidov in alkoholov; protitumorski- nekateri alkaloidi, cianidi, triterpenski ketoni, diterpenoidi, polisaharidi, fenolne spojine itd. Za polifenolne spojine je značilno hipotenzivno, antispazmodično, antiulkusno, holeretično in baktericidno delovanje. Mnogi razredi kemičnih spojin in posameznih kemikalij imajo strogo določen in precej omejen spekter biomedicinskega delovanja. Drugi, običajno zelo široki razredi, kot npr alkaloidi, imajo zelo širok, pester spekter delovanja. Takšne spojine si zaslužijo celovito medicinsko in biološko študijo, predvsem pa na področjih, ki nas zanimajo, priporočamo. uspehi analizna kemija omogočil razvoj preprostih in hitrih metod (ekspresne metode) za identifikacijo kemičnih spojin in posameznih kemikalij v razredih (skupinah), ki jih potrebujemo. Posledica tega je metoda množičnih kemijskih analiz, sicer imenovana kemijsko presejanje (iz angleška beseda presejanje - sejanje, sortiranje skozi sito). Pogosto se izvaja iskanje želenih kemičnih spojin z analizo vseh rastlin na proučevanem območju.

Metoda kemičnega presejanja

Metoda kemičnega presejanja v kombinaciji s podatki o uporabi rastline v empirični medicini in ob upoštevanju njenega sistematskega položaja daje najučinkovitejše rezultate. Izkušnje kažejo, da skoraj vse rastline, ki se uporabljajo v empirični medicini, vsebujejo vrste biološko aktivnih spojin, ki jih poznamo. Zato je treba iskanje snovi, ki jih potrebujemo, najprej namensko izvajati med rastlinami, ki so nekako odkrile svojo farmakološko ali kemoterapevtsko aktivnost. Ekspresna metoda lahko kombiniramo s predhodnim izborom perspektivnih vrst, sort in populacij na podlagi njihovega organoleptičnega vrednotenja in analize etnobotaničnih podatkov, kar posredno kaže na prisotnost za nas zanimivih snovi v rastlini. Podobno izbirno metodo je široko uporabljal akademik N. I. Vavilov pri ocenjevanju kakovosti izvornega materiala različnih koristne rastline ukvarjajo s selekcijo in genetskimi raziskavami. V letih prvih petletnih načrtov so na ta način v flori ZSSR iskali nove rastline, ki vsebujejo kavčuk.
Prvič v velikem obsegu kemična presejalna metoda pri iskanju novega zdravilne rastline je začel uporabljati vodja srednjeazijskih odprav Vsezveznega znanstvenoraziskovalnega kemijsko-farmacevtskega inštituta (VNIHFI) P. S. Massagetov. Preučevanje več kot 1400 rastlinskih vrst je omogočilo akademiku A. P. Orehovu in njegovim študentom, da so opisali približno 100 novih alkaloidov 19G0 in v ZSSR organizirali proizvodnjo tistih, ki so potrebni za medicinske namene in zatiranje škodljivcev. Inštitut za kemijo rastlinskih snovi Akademije znanosti Uzbekistanske SSR je pregledal približno 4000 rastlinskih vrst, identificiral 415 alkaloidov in prvič ugotovil strukturo 206 od njih. Ekspedicije VILR so pregledale 1498 rastlinskih vrst Kavkaza, 1026 vrst Daljnega vzhoda, številne rastline Srednje Azije, Sibirije in evropskega dela ZSSR. Samo na Daljnem vzhodu je bilo najdenih 417 rastlin, ki vsebujejo alkaloide, vključno s polgrmovnico securinega, ki vsebuje nov alkaloid securinine - sredstvo strihninskega delovanja. Do konca leta 1967 je bila po vsem svetu opisana in ugotovljena struktura 4349 alkaloidov. Naslednja stopnja iskanja je poglobljena celovita ocena farmakološkega, kemoterapevtskega in protitumorskega delovanja izolirane posamezne snovi ali celotni pripravki, ki jih vsebujejo. Opozoriti je treba, da so v državi kot celoti in v svetovnem merilu kemijske raziskave daleč pred možnostmi globokega medicinskega in biološkega testiranja novih kemičnih spojin, ki jih najdemo v rastlinah. Trenutno je ugotovljena zgradba 12.000 posameznih spojin, izoliranih iz rastlin, na žalost mnoge od njih še niso bile predmet medicinskih in bioloških študij. Kemične spojine vseh razredov najvišjo vrednost vsekakor vsebujejo alkaloide; 100 od njih se priporoča kot pomembna zdravila, na primer atropin, berberin, kodein, kokain, kofein, morfin, papaverin, pilokarpin, platifilin, rezerpin, salsolin, sekurin, strihnin, kinin, citizin, efedrin itd. Večina teh zdravil se pridobijo kot rezultat iskanj na podlagi kemičnega presejanja. Zaskrbljujoč pa je enostranski razvoj te metode, ki se je v mnogih inštitutih in laboratorijih zreducirala le na iskanje rastlin, ki vsebujejo alkaloide.Ne smemo pozabiti, da poleg alkaloidov nastajajo tudi nove biološko aktivne rastlinske snovi, ki pripadajo v druge razrede kemičnih spojin se vsako leto identificirajo. Če je bila pred letom 1956 znana struktura samo 2669 naravnih spojin iz rastlin, ki niso bile povezane z alkaloidi, so v naslednjih 5 letih (1957-1961) v rastlinah našli še 1754 posameznih organskih snovi. Zdaj število kemičnih snovi z ustaljeno strukturo dosega 7.000, kar skupaj z alkaloidi tvori več kot 12.000 rastlinskih snovi. Kemični pregled počasi prihaja iz "alkaloidnega obdobja". Od trenutno znanih 70 skupin in razredov rastlinskih snovi (Karrer in sod., 1977) se izvaja le v 10 razredih spojin, ker ni zanesljivih in hitrih ekspresnih metod za ugotavljanje prisotnosti drugih spojin v rastlini. materialov. Vključevanje v kemijsko presejanje novih razredov biološko aktivnih spojin je pomembna rezerva za povečanje hitrosti in učinkovitosti iskanja novih zdravil iz rastlin. Zelo pomembno je razviti metode za hitro iskanje posameznih kemikalij, na primer berberina, rutina, askorbinske kisline, morfija, citizina itd. Največji interes za ustvarjanje so sekundarne spojine ali tako imenovane snovi specifične biosinteze. novih terapevtskih zdravil. Mnogi od njih imajo širok spekter biološkega delovanja. Na primer, alkaloidi so odobreni za uporabo v medicinski praksi kot analeptiki, analgetiki, pomirjevala, hipotenzivi, ekspektoransi, holeretiki, antispazmodiki, maternice, centralni tonik živčni sistem in adrenalinu podobna zdravila. Flavonoidi lahko okrepijo stene kapilar, znižajo tonus gladkih mišic črevesja, spodbujajo izločanje žolča, povečajo nevtralizirajočo funkcijo jeter, nekateri od njih imajo antispazmodične, kardiotonične in protitumorske učinke. Številne polifenolne spojine se uporabljajo kot hipotenzivi, antispazmodiki, antiulkusi, holeretiki in antibakterijska sredstva. Protitumorsko delovanje so opazili pri cianidih (na primer v breskevih pečkah itd.), Triterpen ketonih, diterpenoidih, polisaharidih, alkaloidih, fenolnih in drugih spojinah. Vse več zdravil nastaja iz srčnih glikozidov, aminokislin, alkoholov, kumarinov. polisaharidi, aldehidi, seskviterpenski laktoni, steroidne spojine. pogosto medicinska uporaba najdejo že dolgo znane kemične snovi, v katerih je bilo šele pred kratkim mogoče odkriti takšno ali drugačno medicinsko in biološko aktivnost ter razviti racionalno metodo izdelave zdravil. Kemični pregled omogoča ne le prepoznavanje novih obetavnih predmetov za študij, ampak tudi:

• ugotoviti korelacije med sistematsko lego rastline, njeno kemično sestavo in biomedicinskim delovanjem;
• ugotoviti geografske in okoljske dejavnike, ki pospešujejo ali zavirajo kopičenje nekaterih učinkovin v rastlinah;
• ugotoviti pomen biološko aktivnih snovi za rastline, ki jih proizvajajo;
• prepoznati kemične rase v rastlinah, ki se med seboj dedno razlikujejo po prisotnosti določenih učinkovin.

Vse to je mogoče uporabiti pri izbiri načinov za nadzor procesov, ki se pojavljajo v obratu. Razpoložljivost hitrih, poceni in hkrati dovolj natančnih ekspresnih metod povzroča skušnjavo, da bi nujno opravili skupno oceno vseh rastlin flore ZSSR in celega sveta za prisotnost alkaloidov, triterpenov in steroidov. saponini, kinoni, flavonoidi, srčni glikozidi, tanini in drugi osnovni razredi učinkovin. Tako bi lahko hitro izločili neperspektivne vrste, ki ne vsebujejo biološko aktivnih snovi ali jih vsebujejo v majhnih količinah.

Študij rastlinskih organov

Različni organi rastline se pogosto razlikujejo ne le po količinski vsebnosti aktivnih snovi, ampak tudi po kvalitativna sestava. Na primer, alkaloid sinomenin najdemo samo v zelišču daurskega mesečevega semena, citizin pa le v plodovih suličastega termopsisa, ki ga v kopenskih delih ni do konca cvetenja rastlin, medtem ko v termopsisu nadomestnega -cvetni citizin v v velikem številu ki jih vsebujejo nadzemni deli v vseh fazah razvoja rastlin. Zato je za popolno sliko kemične sestave vsake rastline potrebno analizirati vsaj štiri njene organe: podzemne (korenine, korenike, čebulice, gomolji), liste in stebla (pri zeliščih liste). so vedno bogatejši z učinkovinami kot stebla, cvetovi (ali socvetja), plodovi in ​​semena. Pri lesno-grmičastih rastlinah se učinkovine pogosto kopičijo v skorji stebel (in koreninah), včasih pa le v sejancih, nekaterih delih cveta, plodu in semenu.
Tudi kemična sestava vsakega rastlinskega organa se v različnih fazah njegovega razvoja močno razlikuje. Največjo vsebnost nekaterih snovi opazimo v faza brstenja, drugi - v faza polnega razcveta, tretji - med plodovnica in drugi, na primer, alkaloid triakantin najdemo v znatnih količinah le v cvetočih listih rožičevke, v drugih fazah razvoja pa ga praktično ni v vseh organih te rastline. Tako je enostavno izračunati, da je za identifikacijo npr popoln seznam rastlin, ki vsebujejo alkaloide flore ZSSR, ki šteje približno 20.000 vrst, je potrebno narediti vsaj 160.000 analiz (20.000 vrst X 4 organi X 2 fazi razvoja), kar bo zahtevalo približno 8000 dni dela 1 laboratorija. pomočnik-analitik. Približno toliko časa je treba porabiti za določitev prisotnosti ali odsotnosti flavonoidov, kumarinov, srčnih glikozidov, taninov, polisaharidov, triterpenskih glikozidov in vseh drugih razredov kemičnih spojin v vseh rastlinah flore ZSSR, če so analize izvajajo brez predhodnega izločanja rastlin iz enega ali drugega razloga. Poleg tega imajo lahko isti organi v isti fazi razvoja rastline v eni regiji potrebne učinkovine, v drugi regiji pa jih morda nimajo. Poleg geografskih in okoljskih dejavnikov (vpliv temperature, vlažnosti, osončenosti itd.) lahko na to vpliva prisotnost posebnih kemijskih ras v določeni rastlini, ki se po morfoloških značilnostih popolnoma ne razlikujejo. Vse to zelo otežuje nalogo in zdi se, da so možnosti za dokončanje predhodne kemijske ocene flore ZSSR, še bolj pa celotnega sveta, zelo oddaljene. Vendar pa lahko poznavanje določenih vzorcev to delo zelo poenostavi. Prvič, ni treba pregledati vseh organov v vseh fazah razvoja. Dovolj je, da vsak organ analiziramo v optimalni fazi, ko vsebuje največjo količino testirane snovi. Prejšnje študije so na primer pokazale, da so listi in stebla najbogatejši z alkaloidi v fazi brstenja, lubje - med spomladanskim pretokom soka in cvetovi - v fazi njihovega polnega razcveta. Plodovi in ​​semena pa lahko vsebujejo različne alkaloide in v različnih količinah v zrelem in nezrelem stanju, zato jih je treba, če je mogoče, dvakrat pregledati. Poznavanje teh vzorcev močno poenostavi predhodno kemijsko oceno rastlin. Popoln pregled vseh vrst- metoda je učinkovita, vendar je še vedno delo na slepo! Ali je mogoče brez izvedbe najpreprostejše kemijske analize ločiti skupine rastlin, ki domnevno vsebujejo enega ali drugega razreda kemičnih spojin, od tistih, ki teh snovi očitno ne vsebujejo? Z drugimi besedami, ali je mogoče na oko določiti kemično sestavo rastlin? Kot bo razloženo v naslednjem razdelku naše brošure, lahko na splošno na to vprašanje odgovorimo pritrdilno.

Kemijska analiza rastline za Zadnja leta prejela priznanje in široko uporabo v mnogih državah sveta kot metoda za preučevanje prehrane rastlin na terenu in kot metoda za določanje potreb rastlin v gnojilih. Prednost te metode je natančno določeno razmerje med indikatorji rastlinske analize in učinkovitostjo posameznih gnojil. Za analizo se ne vzame cela rastlina, temveč določen del, pogosteje list ali listni pecelj. Ta metoda se imenuje diagnostika listov.[ ...]

Kemična analiza rastlin se izvaja za določitev količine hranil, ki so vstopila vanje, na podlagi katerih je mogoče presoditi potrebo po gnojilih (metode Neubauerja, Magnitskega itd.), Za določitev indikatorjev hranilne in krmne vrednosti izdelkov (določanje škroba, sladkorja, beljakovin, vitaminov itd.) n) in za reševanje različnih vprašanj prehrane in presnove rastlin.[ ...]

Rastline smo v tem poskusu hranili z označenim dušikom 24 dni po kalitvi. Kot gnojilo smo uporabili amonijev sulfat s trikratno obogatitvijo z izotopom N15 v odmerku 0,24 g N na posodo. Ker je bil označeni amonijev sulfat, ki smo ga uporabili kot dognojevanje, razredčen v zemlji z navadnim amonijevim sulfatom, ki smo ga nanesli pred setvijo in ga rastline niso popolnoma porabile, je bila dejanska obogatitev amonijevega sulfata v substratu nekoliko nižja, približno 2,5. Iz tabele 1, ki vsebuje podatke o pridelku in rezultate kemijske analize rastlin, je razvidno, da je pri izpostavitvi rastlin označenemu dušiku od 6 do 72 ur teža rastlin ostala praktično na enaki ravni in le 120 ur po z uvedbo dodatka dušika se je opazno povečal.[ ...]

Kemijski taksonomiji doslej ni uspelo razdeliti rastlin v velike taksonomske skupine na podlagi katere koli kemične spojine ali skupine spojin. Kemijska taksonomija izhaja iz kemijske analize rastlin. Do sedaj je bila največja pozornost namenjena evropskim rastlinam in rastlinam zmernega pasu, medtem ko je bilo sistematično preučevanje tropskih rastlin premalo. V zadnjem desetletju pa postaja vse bolj pomembna predvsem biokemijska sistematika, in sicer iz dveh razlogov. Eden od njih je priročnost uporabe hitrih, enostavnih in dobro ponovljivih kemijsko-analitskih metod za preučevanje sestave rastlin (te metode vključujejo npr. kromatografijo in elektroforezo), drugi pa enostavnost prepoznavanja organskih spojin v rastlinah; oba dejavnika sta prispevala k rešitvi taksonomskih problemov.[ ...]

Pri razpravi o rezultatih kemijske analize rastlin smo poudarili, da s temi podatki ne moremo ugotoviti vzorcev v spreminjanju vsebnosti zalogovnih proteinov v rastlinah ob različnih časih njihove žetve. Rezultati izotopske analize, nasprotno, kažejo močno dušikovo obnovo teh (beljakovin) 48 in 96 ur po uvedbi gnojenja z označenim dušikom.To nas sili k spoznanju, da so v resnici skladiščne beljakovine, pa tudi konstitucionalne In če se v prvem obdobju po žetvi sestava dušikovih izotopov skladiščnih proteinov ni spremenila, potem to ni podlaga za sklepanje, da so v teh obdobjih stabilni. eksperiment.[ ...]

Hkratne kemijske analize rastlin so pokazale, da se skupna količina beljakovinskega dušika tako v tem kot v drugih podobnih poskusih v tako kratkih časovnih obdobjih praktično sploh ni spremenila ali pa se je spremenila za relativno majhno količino (znotraj 5-10%). To kaže na to, da v rastlinah poleg tvorbe nove količine beljakovin poteka nenehno obnavljanje beljakovin, ki jih rastlina že vsebuje. Tako imajo beljakovinske molekule v rastlinah relativno kratko življenjsko dobo. Nenehno se uničujejo in ponovno ustvarjajo v procesu intenzivnega metabolizma rastlin.[ ...]

Te metode diagnosticiranja prehranjenosti s kemijsko analizo rastlin temeljijo na določanju bruto vsebnosti glavnih hranilnih snovi v listih. Izbrane vzorce rastlin posušimo in zmeljemo. Nato v laboratorijskih pogojih vzorec rastlinskega materiala upepelimo, nato pa določimo skupno vsebnost N, P205, KrO> CaO, MgO in drugih hranil. V vzporednem vzorcu se določi količina vlage.[ ...]

Tabela 10 prikazuje podatke o pridelku in podatke o kemični analizi rastlin za obe seriji poskusov.[...]

Vendar so bili pri vseh teh poskusih v analizo vključeni povprečni vzorci rastlin, kot se to počne pri običajnem določanju količine fosforja, ki ga rastline absorbirajo iz gnojil. Edina razlika je bila v tem, da količina fosforja, ki so ga rastline vzele iz gnojila, ni bila določena z razliko med vsebnostjo fosforja v kontrolnih in poskusnih rastlinah, temveč z neposrednim merjenjem količine označenega fosforja, ki je v rastlino prišel iz gnojila. . Vzporedne kemijske analize rastlin za vsebnost fosforja v teh poskusih so omogočile določitev deleža skupne vsebnosti fosforja v rastlini fosforja iz gnojil (označen) in fosforja, vzetega iz zemlje (neoznačen).