Каталог :: Биология

Курсовая: 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 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 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...+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
     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 CH 2 - OH R1COOH CH - O - OC - R2 + 3H2O ЛИПАЗА CH - OH + R 2COOH 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 проведения опытаСодержание крахмала в баллах
ива козьяСирень обыкновеннаяЛиственница обыкновеннаясосна обыкновенная
30.10.993444
30.11.992332
30.12.992211
30.01.001100
30.02.001100
30.03.002211
30.04.002333
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: 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 20ºС, 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"
№ пробиркиРезультаты: 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. 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 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. 2. 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. 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.