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
Опыт № 1 "Много ли питательных веществ
в опавших листьях?" ..................................................... стр12
Опыт № 2 "Судьба запасённого крахмала"..................................... стр12
Опыт № 3 "Повышение морозоустойчивости растений"............... стр14
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.
Подобрать и изучить материал в научной литературе по проблеме биосинтеза углеводов, липидов, их роли жизни растений.
Изучить материал по роли углеводов, липидов в повышении морозоустойчивости растений.
Изучить материал о возможностях перехода углеводов в энергию, механизме защитного действия жиров клеток и тканей растений от низких температур.
Провести наблюдения и опыты, подтверждающие переход крахмала в растворимые сахара, оттекающие из листьев в запасающие органы растений.
На опыте проследить колебание содержания крахмала в древесине за период осень-зима-весна у некоторых лиственных и хвойных пород деревьев.
Провести опыт по искусственному увеличению морозостойкости клеток и тканей корнеплода свёклы столовой, используя растворы сахарозы разной концентрации.
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 0ºС. 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 +40ºС наблюдаются признаки угнетения, а при 45+...+50ºС 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 +50ºС 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 зимостойкости1 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...+15ºС) и ночными (около 0ºС) 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...-5ºС), 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 ºС 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 - α- и β-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 α- и β-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 0ºС. 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
Ж
ИРЫ
УГЛЕВОДЫ
ЖИРНЫЕ
КИСЛОТЫ АЦЕТИЛКОФЕРМЕНТ
А
ЦИКЛ ДИ- И ТРИКАРБОНОВЫХ
КИСЛОТ
CO>2 > и H>2>0
Фермент липаза катализирует гидролиз жиров с присоединением воды до свободных жирных кислот:
C
H>2>
- O - OC - R>1> > > CH>2> - OH R>1>COOH
C
H
- O - OC - R>2>
+ 3H>2>O ЛИПАЗА
CH - OH + R>2>COOH
CH>2 >- O - OC - R>3> CH>2> - OH R>3>COOH
ЖИР ГЛИЦЕРИН ЖИРНЫЕ
КИСЛОТЫ,
где R>1,> R>2,> R>3 >- 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:
Дата проведения опыта 13.09.00. Сорвал с тополя обыкновенного по 30 листьев- зелёных с верхушки побега и жёлтых - с основания побега.
Прокипятил отдельно жёлтые и зелёные листья в воде до полного отмирания клеток. Затем поместил в горячий спирт (на водяной бане) для удаления пигментов.
Обесцвеченные листья обработал раствором Люголя.
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:
Опыт начат 30.10.99 года, после окончания листопада.
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.
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).
Результаты опытов занёс в таблицу:
Таблица № 1 "Изменение содержания крахмала в стеблях древесных пород"
-
Дата проведения опыта
Содержание крахмала в баллах
ива козья
Сирень обыкновенная
Лиственница обыкновенная
сосна 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 25ºС), лёд, поваренная соль, пробочное сверло, растворы сахарозы.
Ход опыта:
Пробочным сверлом из корнеплода вырезал 6 небольших одинаковых пластинок (2х0,5 см) пластинок.
Тщательно промыл их водой, чтобы удалить антоциан (содержится в вакуолях клеток, растворимый в воде - бетацианин) из разрезанных клеток.
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.
Пробирки поместил в охлаждающую смесь: к 3 частям измельчённого льда добавил 1 часть поваренной слои, перемещал.
Измерил температуру смеси, когда она опустилась до 20ºС, содержимое пробирки замёрзло.
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)
- контроль
Вода окрасилась интенсивно в красный цвет
№2 (раствор 0,5 м)
Раствор окрасился в красный цвет (средний по интенсивности)
№3 (раствор 0,1 М)
Раствор слабо окрашен (следы антоциана)
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 -20ºС 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 -30ºС на уровне почвы.
Это не слишком высокая степень морозоустойчивости. Ведь почки древесных пород в Сибири выдерживают до -70ºС. 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.
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 α- и β-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.
Большая роль принадлежит углеводам в повышении морозоустойчивости тканей и клеток растений, позволяя им переносить температуру ниже 0ºС. 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.
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.
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.
Гусева М.В. "Малый практикум по физиологии растений" Москва, 1997 год.
Крамер П.Д. , Козловский Г.Г. " Физиология древесных растений" , Москва, 1998 год.
Кретович В.Л. " Биохимия растений", Москва, 1990 года
Кудряшов К.В., Родионова Г.Б., Гуленкова Б.А., Козлова В.Н. " Ботаника с основами экологии" Москва, "Мир", 1996 год.
Пономарёва И.Н. "Экология растений с основами биогеоценологии" Москва, "Просвещение", 1978 год
Туманов И.И. "Физиология закаливания и морозостойкости растений" Москва, "Наука", 1998 года.
К. Вилли, "Биология", Москва, "Мир", 1997 год.
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.