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 | |

|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.