Škrob je nejdůležitější zásobní látkou k ukládání energie vyšších rostlin a nalézá se zejména v zásobních orgánech (semena, hlízy, oddenky, kořeny) v podobě škrobových zrn. Škrobová zrna se tvoří v amyloplastech, jako krystalky (trichity) se ukládají kolem krystalizačního centra a od kondenzačního jádra narůstají po vrstvách, které můžeme u některých druhů rostlin v mikroskopu vidět. Během vývoje může dojít k zvětšení zrna natolik, že se protrhne membrána amyloplastu a zrno se následně uvolní do cytoplazmy. U jednotlivých druhů rostlin mají zrna odlišnou velikost, tvar, rozdílný počet kondenzačních jader a různou vrstevnatost. Rozdíly škrobových zrn u různých druhů rostlin budeme pozorovat právě v této úloze.
Postup v laboratoři zahrnuje přípravu vzorků z různých rostlin: předem namočené obilky pšenice seté (Triticum aestivum), namočená semena fazolu obecného (Phaseolus vulgaris), stonky pryšce zářivého (Euphorbia milii), hlízy lilku bramboru (Solanum tuberosum). Všechny vzorky jsou zpracovány na podložním sklíčku se skleněnou kapkou vody a seškrábáním malého množství endospermu, pletiva z hlízy nebo latexu, následně zakryty krycím sklíčkem a analyzovány pod mikroskopem. Závěr potvrzuje různorodost škrobových zrn u jednotlivých druhů rostlin, zejména jejich velikost, tvar a vrstvenost.
Škrobová zrna lze identifikovat optickou mikroskopií v polarizovaném světle díky specifickému optickému projevu (extinction cross). Pro přesné morfologické rozlišení jsou k tomu určeny konkrétní mikroskopické pracoviště s digitální kamerou a analytickým softwarem. Škroby v pšenici, kukuřici, rýži a bramborách jsou nejen hlavním zdrojem energie, ale také klíčovou surovinou pro průmyslové obory jako pivovarnictví, pekárenství, papírenský průmysl, lepidla, textil a stavební materiály.
Škrobová zrna v různých plodinách se od sebe velmi odlišují, a to jak velikostí, tak tvarem. Pšeničný škrob (ale i škroby v dalších obilovinách) obsahuje dva odlišné typy škrobových zrn: velké typu A a menší typu B. Poměr zrn typu A a B může ovlivnit kvalitu potravin z pšenice, jako je chléb a těstoviny, a představuje výzvu pro škrobárenský průmysl, protože mnoho menších zrn typu B se ztrácí během zpracování. Proto se vyvíjejí techniky, které zajišťují lepší zachycení škrobu při výrobě.
Na výzkumu týkajícím se tvorby škrobu v zrnech pšenice a jejích příbuzných se podílí projekty, které objasňují procesy tvorby škrobu v obilovinách rodiny Triticeae (pšenice, ječmen, žito). Tento výzkum přináší poznatky s potenciálním využitím pro řadu průmyslových odvětví a pro lidské zdraví, a objasňuje mechanismy, které vedou k vytvoření různých typů zrn a jejich proporcí.
Teoretický úvod druhé úlohy se zabývá důkazy přítomnosti škrobu. Škrob je tvořen amylózou a amylopektinem a jeho přítomnost se dokazuje „jódovou reakcí“ (Lugolův roztok). Při kontaktu s jodem se škrob modře zbarví; při zahřátí a následném vychladnutí se změna barvy ztrácí, neboť molekuly jódu se vrací do roztoku. Materiál a pomůcky zahrnují preparát z úlohy č. 1, bramborový škrob, Lugolův roztok, mikroskop, filtrační papír, zkumavku a kahan.
Přes postupy se pozoruje změna barvy po aplikaci Lugolova roztoku na preparát a po zahřátí s připraveným škrobovým mazem. Data ze zkoumání škrobu jsou cenná pro archeologii, protože analýza škrobových zrn pomáhá odhalovat změny v prostředí a lidskou činnost v historii potravinářství a nástrojů. Uvedená technika umožňuje zkoumání funkce nástrojů, domestikaci rostlin a vegetační historii. Avšak poškozená zrna mohou tuto techniku omezit.
Škrob je zásobní polysacharid většiny fotosynteticky aktivních rostlin, přičemž výjimku tvoří rostliny, které tvoří místo škrobu inulin. Škrob slouží jako zdroj glukózy pro dlouhodobé skladování. V chloroplastech vznikají malá škrobová zrna o průměru kolem 1 µm, která se ukládají ve amyloplastech a dále v kořenových a semenných zásobních buňkách. Největší množství škrobu je uloženo právě v zásobních orgánech semen, kořenů a hlíz, a zrna se vyznačují druhově specifickou morfologií a chemickým složením. Identifikace škrobu je možná díky optické mikroskopii v polarizovaném světle prostřednictvím extinkčního kříže.
Na LAPE (laboratorní pracoviště) jsou k tomuto účelu využívána dvě mikroskopická pracoviště: Nikon Eclipse a Leica MD 2500, která jsou vybavena digitálními kamerami a počítači s analytickým softwarem. Pro přesnější morfologické rozlišení je nezbytné mít vzorky ze srovnávací sbírky. Škroby v pšenici, kukuřici, rýži a bramborách tvoří hlavní sacharidy a zdroje energie v potravinách a zároveň jsou důležité pro průmysl.
Význam výše uvedeného výzkumu je v porovnání škrobových zrnek a porozumění jejich formování v zrnech plodin Triticeae, které zahrnují pšenici, ječmen a žito. Tím lze identifikovat přínosy a omezení v různých odvětvích průmyslu a potravinářství, a objasnit souvislosti mezi molekulárními strukturami zrn a jejich funkcí v potravinářském řetězci.
Obrazová a tabulková podpora tématu
Škrobová zrna se vyznačují odlišnou velikostí, tvarem a vrstevnatostí mezi druhy, a to jak u pšenice, tak u dalších plodin. Rozdíly v poměru typů zrnek A a B mohou ovlivnit kvalitu potravin i zpracovatelské ztráty během průmyslové výroby.
- Namočené obilky a vzorky z různých rostlin zpracovat technikou zobrazenou v textu.
- Poté analyzovat morfologii a vrstvení zrn v polarizovaném světle.
- Porovnat zrna různých druhů a uvést jejich charakteristiky do tabulky.
Analýza škrobu je též spojena s archeologií, protože umožňuje rekonstruovat změny prostředí a činnosti lidí v minulosti, včetně užívání a opracování rostlin. Syntéza poznatků z různých vzorků umožňuje navrhnout postupy pro záchranu a optimalizaci škrobu v průmyslu, a to díky porozumění rozdílům mezi zrny typů A a B a jejich chemickému složení.
Souhrnně lze říci, že škrobová zrna jsou druhově specifická co do velikosti, tvaru a vrstvenosti, že jejich analýza má široké uplatnění od biologie plodin až po archeologii a průmyslové zpracování, a že jejich zkoumání vyžaduje specializovaná mikroskopická stanoviště a sbírky.