Роль углеводов и жиров в повышении морозоустойчивости растений
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.
