Роль углеводов и жиров в повышении морозоустойчивости растений
Олимпиадная работа
по биологии
на тему: "Роль углеводов и жиров
в повышении морозоустойчивости
клеток и тканей растений"
Выполнил:
ученик 11 класса
Галанов Николай
2000 год
Содержание
I. Цель
работы......................................................................
............................. стр 3
II. Особенности теплолюбивых и холодолюбивых растений......................
стр 4
III. Биосинтез углеводов в зелёных
растениях.............................................. стр 7
Роль углеводов в повышении морозоустойчивости растений...............
стр 9
IV. Биосинтез
липидов.....................................................................
................ стр10
Механизм защитного действия
жиров..................................................... стр11
V. Опыты и наблюдения:
.........................................................................
... стр12
1. Опыт № 1 "Много ли питательных веществ
в опавших листьях?"
..................................................... стр12
2. Опыт № 2 "Судьба запасённого
крахмала"..................................... стр12
3. Опыт № 3 "Повышение морозоустойчивости растений"............... стр14
4. Пояснение к опыту №
3.....................................................................
стр15
VI.Общий вывод по проделанной
работе.................................................... стр16
VII. Список использованной
литературы.....................................................стр18
VIII. Приложение:
Рис. 1. Последовательное "разъедание"
крахмального зерна ферментом
амилазой...................................... стр19
Цель работы.
1. Подобрать и изучить материал в научной литературе по проблеме биосинтеза
углеводов, липидов, их роли жизни растений.
2. Изучить материал по роли углеводов, липидов в повышении
морозоустойчивости растений.
3. Изучить материал о возможностях перехода углеводов в энергию, механизме
защитного действия жиров клеток и тканей растений от низких температур.
4. Провести наблюдения и опыты, подтверждающие переход крахмала в
растворимые сахара, оттекающие из листьев в запасающие органы растений.
5. На опыте проследить колебание содержания крахмала в древесине за период
осень-зима-весна у некоторых лиственных и хвойных пород деревьев.
6. Провести опыт по искусственному увеличению морозостойкости клеток и
тканей корнеплода свёклы столовой, используя растворы сахарозы разной
концентрации.
7. На основе материалов и фактических данных сформулировать общий вывод по
данной теме.
Особенности теплолюбивых и холодолюбивых растений.
По отношению к температуре как к экологическому фактору различают 2
группы растений: теплолюбивые (термофилы) и холодолюбивые (психрофилы).
Теплолюбивыми называются растения, которые хорошо растут и развиваются в
условиях высоких температур, холодолюбивые - растения, способные расти в
условиях довольно низких температур.
Настоящими термофилами являются растения - выходцы из тропических
районов. Они совсем не переносят низких температур и гибнут уже при 0єС.
При наступлении холодов термофилы начинают болеть, а если охлаждение
продолжительно, то могут погибнуть даже без физического замораживания.
Причиной гибели в этих случаях обычно являются нарушения в обмене веществ.
Оказывается, что при действии холода на теплолюбивые растения
физиологические процессы в них подавляются неодинаково. В результате
образуются несвойственные растениям продукты, в том числе и вредные для
организма вещества, которые постепенно отравляют растение и приводят его к
гибели. Эта точка зрения на "простуду" теплолюбивых растений и их гибель,
установившаяся давно, широко принята и в настоящее время.
Однако у большинства термофилов уже при температуре +40єС
наблюдаются признаки угнетения, а при 45+...+50єС многие погибают. Гибель
растений при высоких температурах во многом объясняется отравляющим
действием аммиака, который накапливается в тканях растений при распаде
белков и аминокислот, а также действием других веществ типа токсинов,
отравляющих цитоплазму. При температуре от +50єС и выше к этому
отравляющему действию присоединяется свёртывание цитоплазмы, что ускоряет
процесс отмирания. У жаростойких же растений лучше проявляется способность
накапливать органические кислоты, которые связывают аммиак, делая его
неопасным для растений.
Морозостойкость - это свойство организмов, тесно связанное с их
физиологическим состоянием, которое, в свою очередь, обусловлено условиями
жизни, особенно сезонным ритмом температурного режима.
Морозоустойчивость растений объясняется рядом особенностей. По мнению
большинства ученых, она связана, во-первых, с происхождением вида.
Например, выходцы с Востока обычно более морозостойки, чем западные виды.
Особенно чувствительны к морозы виды южного происхождения. При этом следует
учитывать характер местообитаний, выходцами из которых растения являются.
Известно, что растения равнинных мест зоны тропических лесов и жарких
пустынь совершенно неморозостойки, а растения высокогорной той же
тропической зоны проявляют высокую способность к холодостойкости.
Другой очень важной особенностью, обеспечивающей морозостойкость
растений, является их способность проходить закаливание. Под закаливаением
понимают приобретение растениями свойств зимостойкости[1] под влиянием
комплекса внешних условий. При этом происходят изменения физиологического
состояния растений.
Закалка озимых и древесных пород проходит в два этапа. На первом этапе
в зимующих органах идёт накопление сахаров, обусловленное дневными
(+10...+15єС) и ночными (около 0єС) температурами. В этих условиях идущий
днём процесс фотосинтеза даёт большое количество сахаров, при низких ночных
температурах они не успевают тратиться на дыхание и рост, а откладываются
про запас. Второй этап закаливания протекает в растениях при слабых морозах
(-2...-5єС), во время которых организм приобретает полную
морозостойкость. К этому моменту фотосинтез уже прекращается, а в клетках и
тканях растений завершается целый ряд своеобразных биохимических и
биофизических процессов. В итоге заметно повышается осмотическое давление,
усиливается вязкость цитоплазмы, в клеточном соке увеличивается количество
дубильных веществ и антоциана. Большая часть запасного крахмала
превращается вновь в сахара. Интересно, что с наступлением зимы в клетках
тканей коры у многих хвойных растений наряду с сахарозой, глюкозой и
фруктозой в значительном количестве имеются и такие сахара, как стахиоза и
рафиноза, которые летом там практически отсутствуют.
Как показали исследования, закаливание растений во многом зависит от
накопления запасных питательных веществ. Причем в надземных органах
растений обычно откладываются сахара и масла, а в подземных органах -
крахмал. Накопленные вещества растение использует в течение зимы на
дыхание. За счет этих же веществ осуществляется рост растений в начале
весны.
Большой запас сахара, главным образом глюкозы, содержащейся в зимующих
органах растений, привёл учёных к выводу о его защитной роли, проявляющейся
не только в увеличении осмотического давления в клетках, но и в
специфическом химическом действии его на цитоплазму, благодаря чему под
влиянием мороза не происходит коагуляции. Кроме того, у растений
наблюдается большое накопление масла во внутренних слоях древесины, оно
повышает устойчивость организмов к сильным морозам. Масло прежде всего
вытесняет воду из вакуолей и этим предохраняет её от замерзания. Далее,
откладываясь в самой цитоплазме, делает её несравненно более стойкой к
морозу и другим неблагоприятным воздействиям зимнего периода. Такую же роль
играют и другие откладываемые в вакуоли и протоплазме вещества - крахмал и
белки. Все они непосредственно защищают цитоплазму от мороза.
Однако морозостойкость растений нельзя объяснить только накоплением в
их клетках запасных питательных веществ. Исследования показали, что осенью
в процессе закаливания растения претерпевают и другие изменения. Особенно
большое значение имеет повышение водоудерживающей способности цитоплазмы.
Вода в ней становится как бы связанной. В таком состоянии она трудно
испаряется и замерзает, трудно отжимается под давлением, отличается большой
плотностью и утрачивает в значительной мере свойство растворителя. Вода
становится кристаллической по структуре, хотя и сохраняет жидкое состояние.
Между частичками цитоплазмы и водой устанавливается единство структуры. В
известной мере вода входит в состав макромолекул белков и нуклеиновых
кислот. Заморозить её в таком состоянии, то есть перевести в твёрдое тело,
практически невозможно. Такого рода изменения водных свойств цитоплазмы
особенно важны, именно они во многом определяют морозостойкость растений.
Морозостойкость зависит и от того, как растения провели вегетационный
период. Например, плодовые деревья, перенёсшие летом засуху, будут менее
морозостойки, чем деревья, выросшие в условиях обильного полива.
Позднелетняя подкормка также снижает морозостойкость.
Одна только способность переносить большие морозы ещё не позволяет
растениям существовать в условиях умеренного холодного пояса и в
приполярных районах. Значительно важнее зимостойкая способность видов, то
есть способность переживать в течение длительного времени ( иногда 8-9
месяцев в году) не только действие низких температур, но и выпревание,
вымокание, действие ледяной корки, а также частые смены температуры воздуха
- то оттепель, то замораживание и многое другое.
Растения по-разному приспосабливаются к переживанию этого периода.
Одни переносят зиму в состоянии органического и вынужденного покоя. У
других, помимо физиологических, появляется целый ряд анатомо-
морфологических особенностей: распластанные по земле стебли и листья,
горизонтальное нарастание побегов, подземное расположение узлов кущения и
корневых шеек, листопадность ( а у вечнозелёных - способность листьев
скручиваться и целый ряд других изменений, благодаря которым уменьшается
испаряющая поверхность), развитие мощного слоя пробки, белоствольность и
другие признаки, позволяющие избегать ожогов коры, почечные чешуи, их
тёмная окраска, кожистость - всё это прямо или косвенно помогает растениям
выжить зимой.
Биосинтез углеводов в зелёных растениях.
Физиологические и биохимические процессы в зелёном растении тесно
связаны с углеводами. Они составляют 75-80% сухого вещества тела
растительного организма и служат основным питательным и скелетным
материалами клеток и тканей растения.
Основной орган биосинтеза в растении - лист. Характерная его
особенность - сочетание фото- и биосинтезов. В листе происходит
трансформация энергии, обмен углеводов, аминокислот, белков, липидов,
нуклеиновых кислот, витаминов.
В прорастающих семенах и пробуждающихся почках происходят процессы
мобилизации запасных веществ. Наиболее характерная черта этих процессов -
распад сложных запасных веществ на более простые. Полисахариды распадаются
на моносахариды. Эти реакции происходят с присоединением воды и относятся к
типу гидролитических.
Крахмал состоит на 96,1-97,6 % из полисахаридов двух типов - амилозы
и аминопектина, различающихся своими физическими и химическими свойствами.
В крахмале содержится фосфорная кислота (до 0,7%) и некоторые
высокомолекулярные жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая и другие).
Крахмал - основное запасное вещество большинства растений. У
прорастающих семян под микроскопом можно наблюдать "разъедание" крахмальных
зёрен (см. рис. 1). Это процесс гидролитического распада полисахаридов на
моносахариды.
В быту известно явление, когда охлаждённый при 1-2 єС картофель
приобретает сладковатый вкус. У картофеля гидролиз крахмала происходит при
пониженной температуре, процесс дыхания при этом угнетается, вследствие
чего использование сахаров уменьшается. Таким образом, в клубнях
происходит односторонний процесс - гидролиз крахмала до гексоз и их
накопление.
Мучнистый вкус семян благодаря наличию большого количества крахмала
сменяется при прорастании сладковатым вследствие накопления в них глюкозы.
Превращение крахмала в сахар происходит под влиянием фермента
амилазы. Более обстоятельное изучение фермента амилазы показало, что это
смесь двух ферментов - ?- и ?-амилазы, которые действуют параллельно и
расщепляют гигантскую молекулу крахмала на более мелкие молекулы
полисахаридов, называемых декстринами, и дисахаридов, назвываемых мальтозы.
Количество амилазы в семени, находящемся в состоянии покоя,
незначительно, но с прорастанием с семени оно возрастает. Центром
образования амилазы, например, в зёрнах пшеницы или кукурузы является
зародыш, в частности его щиток, а также алейроновый слой, окружающий
эндосперм. Образующиеся ферменты ?- и ?-амилаза диффундируют в ткани
эндосперма и вызывают расщепление крахмала. Осахаривание крахмала в
эндосперме идут до конца только в том случае, когда он находится в тесном
контакте с молодым побегом, который непрерывно поглощает и использует
сахар, образующийся при гидролизе.
Гликозиды - сложные вещества, образующиеся из сахаров (в основном из
глюкозы) и одного или нескольких компонентов "несахаров" - агликонов.
К цианогенным гликозидам, содержащим синильную кислоту, относится
вицин семян с некоторых видов вики и фасоли. У белого клевера, сорго
содержится ряд цианогенных гликозидов, токсичных для животных. В растении
картофеля образуются ядовитые для человека и животных гликоалкалоиды -
гликозиды, у которых в качестве агликона входит алкалоидсоланидин. Эти
вещества, обладающие горьким вкусом, называются соланинами и чаконинами. В
картофельном растении клубни, а также стебли содержат меньше
гликоалкалоидов по сравнению с другими органами (молодыми листьями,
цветками, ягодами). Наибольшее количество гликоалкалоидов содержат ростки
(4-5 мг % массы сухого вещества). Молодые клубни картофеля содержат около
10 мг % гликоалкалоидов, а зрелые 2-4 мг %. При хранении клубней на свету
количество гликоалкалоидов значительно возрастает, особенно в позеленевших
участках, примыкающих к эпидермису. Установлено, что картофель с
содержанием гликоалкалоидов в количестве 20 мг % и более опасен для
потребления, особенно если клубни варились в кожуре.
Большинство красных, голубых и пурпурных пигментов клеточного сока
листьев лепестков цветков, плодов, корней, стеблей многих растений (
васильков, столовой свёклы, вишни, сливы, смородины, малины и других),
относится к группе веществ - антоцианам . Антоцианы - это
гетерогликозиды, образующиеся в растениях в результате взаимодействия
между сахарами и комплексными соединениями антоцианидинами ( агликоны).
Физиологическая роль гликозидов мало изучена, но их образование связано с
физиологической функцией сахаров в растениях; гликозиды считаются также
запасным материалом для синтеза сахаров и связанных с ними комплексов.
Роль углеводов в повышении морозоустойчивости растений.
Морозоустойчивость - способность растений переносить температуру ниже
0єС. Разные растения переносят зимние условия, находясь в различном
состоянии. У одноклеточных растений зимуют семена, нечувствительные к
морозам, у много летних - защищённые слоем земли и снега клубни , луковицы
и корневища, а также надземные древесные стебли. У озимых растений и
древесных пород ткани под воздействием морозов могут промёрзнуть насквозь,
однако растения не погибают. У них достаточно высокая морозоустойчивость.
Нечувствительность к морозам достигается физико-химическими
изменениями в клетках. В зимующих листьях и других частях растения
накапливается много сахара. Сахар является веществом, защищающим белковые
соединения от коагуляции при вымораживании, и поэтому его можно назвать
защитным. При наличии достаточного количества сахара в клетках повышаются
водоудерживающие силы коллоидов протопласта, увеличивается количество
прочно связанной и уменьшается содержание свободной воды. Связанная с
коллоидами вода при действии низких температур не превращается в лёд. У
ряда древесных пород в результате превращения углеводов в древесине
накапливаются жиры, которые не замерзают и проявляют защитные действия в
зимний период.
Биосинтез липидов.
Липазы - ферменты из класса гидролаз, широко распространены в
растениях. Под их воздействием происходит гидролиз жиров до глицерина и
жирных кислот.
Схема превращения жиров в запасающих органах растения :
ГЛИЦЕРИН
ТРИОЗОФОСФАТЫ
ЖИРЫ
УГЛЕВОДЫ
ЖИРНЫЕ
КИСЛОТЫ АЦЕТИЛКОФЕРМЕНТ А
ЦИКЛ ДИ- И ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
CO2 и H20
Фермент липаза катализирует гидролиз жиров с присоединением воды до
свободных жирных кислот:
CH2 - O - OC - R1 CH2 - OH R1COOH
CH - O - OC - R2 + 3H2O ЛИПАЗА CH - OH +
R2COOH
CH2 - O - OC - R3 CH2 - OH R3COOH
ЖИР ГЛИЦЕРИН ЖИРНЫЕ
КИСЛОТЫ,
где R1, R2, R3 - радикалы высокомолекулярных жирных кислот.
Жирные кислоты подвергаются активации и окислению. В качестве
продукта реакции образуются молекулы ацетилкофермента-А, которые
вовлекаются в цмкл трикарбоновых кислот.
При созревании семян из сахаров, альдегидов, глицерина и жирных кислот
синтезируются жиры. Липазы также катализируют превращения липидов, входящих
в систему клеточных мембран, состоящих их двух слоёв липидов и двух
нелипидных слоёв.
Липоиды - это химически близкие к жирам вещества. У них обычно один
жирнокислотный остаток заменён другим веществом, например, гликолипиды, у
которых один остаток жирной кислоты замещён сахаром. Гликолипиды содержатся
в листьях. К липоидам относятся и фосфолипиды.
Липоиды входят в состав клеточных органоидов - митохондрий и пластид;
принимают участие в регуляции проницаемости клетки для поступающих в неё
веществ. Воска предохраняют листья, стебли и плоды от высыхания,
предупреждают смачивание водой, предохраняют от повреждения инфекционными
болезнями.
Учёные разработали теорию транспорта органических веществ, по которой
процесс передвижения органических веществ по ситовидным трубкам связан с
обменом веществ и использованием энергии дыхания (АТФ). Доказано, что
быстрое движение органических веществ сопровождается интенсивным дыханием.
У древесных растений важной потребляющей зоной является камбиальный слой
ствола ветвей, корней. Ежегодное утолщение стволов деревьев, образовывание
колец наглядно свидетельствует об этом. В годы обильного плодоношения
древесных пород в силу большого притока "органики" наблюдается ограничение
питания и уменьшение годичного прироста древесины.
Средняя скорость движения для различных веществ в растении может быть
такой (см в час): аминокислоты - 90, сахароза 70-80, неорганические соли 20-
40.
Таким образом, перемещение и транспортировка органических веществ в
растении - сложный физиологический процесс.
Механизм защитного действия липидов.
Он связан с регуляцией содержания воды в клетках. У морозоустойчивых
видов подготовка к зиме начинается заранее. Один из её этапов -
обезвоживание клеток. Жиры, накапливаясь в клетках, вытесняют из них воду.
Оставшаяся вода прочно связана с молекулами белков, углеводов и теряет
способность к кристаллизации. Поэтому у морозостойких видов кристаллы льда
в клетках кристаллы льда не образуются. При значительном понижении
температуры кристаллы льда начинают образовываться в межклетниках.
Кристаллы растут, оттягивая воду из клеток. Сильное обезвоживание тоже
вредно: оно приводит к разрушению структуры мембран, белков, нуклеиновых
кислот. Увеличение содержания жиров на поверхности протоплазмы препятствует
дальнейшему выходу воды из клеток и тем самым повышает устойчивость
растений к морозам. Морозостойкость связана с накопление в клетках не
только жиров: но и растворимых сахаров.
Опыты и наблюдения.
Опыт № 1 "Много ли питательных веществ в опавших листьях?"
Цель: убедиться в способности растений экономить питательные вещества с
помощью метода крахмальной пробы.
Оборудование и объекты: раствор Люголя, 50 мл 96 % этилового спирта, 30
зелёных листьев с верхушки побега и 30 жёлтых листьев с основания побега
тополя обыкновенного.
Ход опыта:
1. Дата проведения опыта 13.09.00. Сорвал с тополя обыкновенного по 30
листьев- зелёных с верхушки побега и жёлтых - с основания побега.
2. Прокипятил отдельно жёлтые и зелёные листья в воде до полного отмирания
клеток. Затем поместил в горячий спирт (на водяной бане) для удаления
пигментов.
3. Обесцвеченные листья обработал раствором Люголя.
4. Результаты опыта: зелёные листья под действием йода окрасились в синий
цвет, а жёлтые не изменили окраски.
Вывод: посинение листьев происходит в результате взаимодействия йода с
крахмалом, следовательно, жёлтые листья крахмала не содержат. Перед
листопадом крахмал превращается в растворимые сахара, которые по проводящим
пучкам перемещаются в запасающие органы: стебель и корень (древесные
растения), семена (травянистые одно- двухлетние). В клетках стебля и корня
из растворимых сахаров снова синтезируется крахмал.
Опыт № 2: "Судьба" запасного крахмала".
Цель: проследить за превращениями запасного крахмала в стеблях хвойных и
лиственных пород деревьев.
Оборудование и объекты: раствор Люголя, кусочки побегов ивы козьей, сирени
обыкновенной, лиственницы европейской, сосны обыкновенной.
Ход опыта:
1. Опыт начат 30.10.99 года, после окончания листопада.
2. Один раз в месяц срезал по 2 небольших побега ивы козьей, сирени
обыкновенной, лиственницы обыкновенной, сосны обыкновенной. Делал
продольный расщеп и с помощью раствора Люголя определял наличие крахмала.
3. Содержание крахмала выражал в баллах:
4 балла - иссиня-чёрный цвет (содержание крахмала высокое)
3 балла - тёмно-синий цвет (содержание крахмала среднее)
2 балла - светло-синий цвет (содержание крахмала низкое)
1 балл - голубой цвет (следы крахмала)
0 баллов - жёлтый цвет (крахмал отсутствует).
4. Результаты опытов занёс в таблицу:
Таблица № 1 "Изменение содержания крахмала в стеблях древесных пород"
|Дата |Содержание крахмала в баллах |
|проведения| |
|опыта | |
| |ива козья|Сирень |Лиственница |сосна |
| | |обыкновенная |обыкновенная |обыкновенная |
|30.10.99 |3 |4 |4 |4 |
|30.11.99 |2 |3 |3 |2 |
|30.12.99 |2 |2 |1 |1 |
|30.01.00 |1 |1 |0 |0 |
|30.02.00 |1 |1 |0 |0 |
|30.03.00 |2 |2 |1 |1 |
|30.04.00 |2 |3 |3 |3 |
Опыт проведён в трёх повторностях для получения более достоверного
результата.
Вывод: наблюдал колебание содержания крахмала, к середине зимы у сосны и
лиственницы крахмал почти исчез. Такие колебания связаны с распадом
крахмала и накоплением жиров в вакуолях клеток и в цитоплазме. Накопление
жиров в клетках позволяет растениям перезимовать. Эти процессы
усиливаются при наступлении сильных холодов. Повышение температуры
воздуха в конце зимы вызывает распад жиров и повторное накопление
крахмала. К началу сокоотделения и распускания почек запасной крахмал
окончательно распадается с образованием растворимых сахаров
У ивы и сирени пробы немного отличаются от проб на крахмал у
хвойных. Не наблюдается полного исчезновения крахмала к середине зимы,
так как он служит энергетическим материалом, за счёт которого растения
живут зимой. Он повышает устойчивость клеток к морозам. Поэтому в
зависимости от характера превращения крахмала древесные растения делят на
две группы: крахмалистые (куда вошли ива и сирень) маслянистые (хвойные).
Опыт № 3 "Повышение морозоустойчивости растений"
Цель: выяснить роль сахара в повышении морозоустойчивости тканей
корнеплода свёклы столовой.
Оборудование и объекты: корнеплод свёклы столовой, 3 пробирки, штатив,
термометр (на 25єС), лёд, поваренная соль, пробочное сверло, растворы
сахарозы.
Ход опыта:
1. Пробочным сверлом из корнеплода вырезал 6 небольших одинаковых
пластинок (2х0,5 см) пластинок.
2. Тщательно промыл их водой, чтобы удалить антоциан (содержится в
вакуолях клеток, растворимый в воде - бетацианин) из разрезанных
клеток.
3. Поместил пластинки свёклы в пробирки.
В первую налили на 1/4 объёма воду.
Во вторую пробирку - столько же 0.5 М раствора сахарозы.
В третью - столько 1,0 М раствора сахарозы.
Количество раствора в пробирках и количество пластинок свёклы
одинаково.
4. Пробирки поместил в охлаждающую смесь: к 3 частям измельчённого льда
добавил 1 часть поваренной слои, перемещал.
5. Измерил температуру смеси, когда она опустилась до 20єС, содержимое
пробирки замёрзло.
6. Через 20 минут достал пробирки и поставил в стакан с водой комнатной
температуры для оттаивания. После этого сравнил окраску раствора в
пробирках.
Таблица № 2 "Влияние сахарозы на морозоустойчивость тканей корнеплода
свёклы столовой"
|№ пробирки |Результаты: интенсивность окраски раствора |
|№1 (вода) |Вода окрасилась интенсивно в красный цвет |
|- контроль | |
|№2 (раствор |Раствор окрасился в красный цвет (средний по |
|0,5 м) |интенсивности) |
|№3 (раствор |Раствор слабо окрашен (следы антоциана) |
|0,1 М) | |
Вывод: выход антоцианов из вакуолей в раствор означает, что клетки погибли,
мембраны их разрушены и уже не могут удержать содержимое клетки. В
пробирках с 0,5 М и 1,0 М растворами сахарозы цвет отличается от контроля.
Чем выше концентрация сахарозы, тем слабее окрашен раствор. Уменьшение
выхода антоциана из тканей корнеплода свёклы, находившихся в растворах
сахарозы, свидетельствует о том, что сахарозы оказала защитное действие на
цитоплазму клеток при их замораживании. Степень защитного действия зависит
от концентрации сахарозы: в более концентрированном растворе (1,0 М
растворе) повреждение тканей оказалось минимальным.
Пояснение к опыту №3.
Внезапное, в течение 15-20 минут, понижение температуры от+20 до
-20єС вызывает в клетках корнеплода, находившегося в пробирке с водой,
образование льда непосредственно в цитоплазме. Кристаллы льда повреждают
структуру клеток, они погибают. Защитное действие сахарозы во второй и
третьей пробирках связано с поступление сахарозы из раствора в клетки и с
выходом воды из клеток в наружный, более концентрированный раствор. Чем
выше количество сахарозы в клетке, тем ниже температура замерзания
цитоплазмы, так как сахарозы, связывая внутриклеточную воду, уменьшает её
подвижность. Обезвоживание клеток также повышает их устойчивость к действию
морозов, препятствуя внутриклеточному образованию льда. Не случайно у
древесных растений зимой накапливается в клетках 10% сахаров, у озимых
злаков - до 50%.
Результаты опытов позволяют понять, почему для успешной зимовки, как
озимых травянистых растений, так и древесных, важна солнечная осень.
При пониженных ночных температурах, замедляющий отток сахаров в
другие части растения, в зелёных листьях накапливаются углеводы. Самая
низкая температура, которую выдерживают наиболее морозостойкие сорта озимой
ржи - около -30єС на уровне почвы.
Это не слишком высокая степень морозоустойчивости. Ведь почки
древесных пород в Сибири выдерживают до -70єС. Такая температура
наблюдается в Якутии, где растут ель сибирская, сосна обыкновенная, берёзы
пушистая, осина. Дополнительную морозостойкость почкам этих видов придаёт
состояние глубокого покоя, переход в которое сопровождается сильным
обезвоживанием клеток, накоплением жиров, углеводов, изменение состава
белков.
Общий вывод по проделанной работе.
По ходу выполнения работы я подбирал и изучал специальный литературу
по данной теме, провёл опыты и наблюдения.
1. Физиологические и биохимические процессы в зелёных растениях тесно
связаны с углеводами, которые вырабатываются в клетках самого растения.
Углеводы - основные питательные и скелетные материалы клеток и тканей
растения. Крахмал является основным углеводом, состоит из амилозы и
амилопектина и некоторого количества других веществ. Крахмал
подвергается реакциям гидролиза, с образованием моносахаридов, реакции
катализируются ферментами ?- и ?-амилазами.
К группе Углеводов гликозидов относятся антоцианы - основные пигменты
клеточного сока окрашенных частей растений (лепестков цветков, плодов,
корней, стеблей).
Физиологическая роль гликозидов мало изучена, но их образование связано
с физиологической функцией сахаров в растениях, также гликозиды -
запасной материал для синтеза сахаров и связанных с ними комплексов.
2. Большая роль принадлежит углеводам в повышении морозоустойчивости тканей
и клеток растений, позволяя им переносить температуру ниже 0єС.
Нечувствительность к морозам достигается физико-химическими изменениями
в клетках.
Проведя опыты, я убедился, что перед листопадом крахмал превращается в
растворимые сахара и оттекает в запасающие органы: стебли, корни,
семена. В последних происходит обратные реакции - превращение сахаров в
крахмал. То есть, растения способны "экономить" углеводы, так как их
роль в жизни растения очень значима.
3. В ходе проведения длительного наблюдения за "судьбой" запасного крахмала
выяснил, что к середине зимы крахмал из древесины сосны и лиственницы
"исчезает". Происходит химическая перестройка углеводов, они
превращаются в жиры, что помогает клеткам этих растений перезимовать.
Эти процессы усиливаются с наступлением сильных холодов. Повышение
температуры воздуха в конце зимы вызывает распад жиров и повторное
накопление крахмала. К началу сокодвижения и распускания почек запасной
крахмал окончательно распадается с образованием растворимых сахаров.
Такие процессы происходят в древесине маслянистых пород деревьев
(хвойных). В древесине "крахмалистых" пород (иве и сирени) не происходит
полного перехода крахмала в жиры, часть его остаётся, так как крахмал
также служит энергетическим материалом, за счёт которого растения живут
зимой. Жиры, накапливаясь в клетках, вытесняют из них воду. Остальная
вода прочно связана с молекулами белков и углеводов, теряет способность
к кристаллизации. Поэтому у морозостойких видов кристаллы льда в клетках
не образуются.
4. Выяснил на опыте, как углевод сахароза повышает морозоустойчивость
такого запасающего органа как корнеплод свёклы столовой. Внезапное
понижение температуры вызвало в клетках корнеплода, находившегося в
пробирке с водой, образование льда в цитоплазме. Кристаллы льда
повреждают структуру клеток и они погибают. Наблюдал защитное действие
сахарозы на клетки корнеплода, так как из раствора сахароза поступает в
клетки, а вода из клеток - в наружный , более концентрированный раствор.
Чем выше количество сахарозы в клетке, тем ниже температура замерзания
цитоплазмы, так как сахароза связывает внутриклеточную воду, уменьшает
её подвижность. Обезвоживание клеток также повышает их устойчивость к
действию морозов, препятствуя внутриклеточному. Степень окрашивания
определял по выходу из вакуолей разрушенных клеток антоциана -
бетациана.
В результат выполнения этой работы я расширил свой кругозор в области
физиологии растений, узнал много новых и интересных фактов из жизни
растений.
Список использованной литературы.
1. Гусева М.В. "Малый практикум по физиологии растений" Москва, 1997 год.
2. Крамер П.Д. , Козловский Г.Г. " Физиология древесных растений" , Москва,
1998 год.
3. Кретович В.Л. " Биохимия растений", Москва, 1990 года
4. Кудряшов К.В., Родионова Г.Б., Гуленкова Б.А., Козлова В.Н. " Ботаника с
основами экологии" Москва, "Мир", 1996 год.
5. Пономарёва И.Н. "Экология растений с основами биогеоценологии" Москва,
"Просвещение", 1978 год
6. Туманов И.И. "Физиология закаливания и морозостойкости растений" Москва,
"Наука", 1998 года.
7. К. Вилли, "Биология", Москва, "Мир", 1997 год.
8. Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор "Биология", Москва "Мир", 1996.
-----------------------
[1] Зимостойкость - способность растений переносить различные
неблагоприятные условия в течение холодного времени года.
Холодостойкость - способность растений переносить низкие положительные
температуры. |
