Роль углеводов и жиров в повышении морозоустойчивости растений
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
