Биология

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     |                                                             |
|          |ива козья|Сирень          |Лиственница     |сосна          |
|          |         |обыкновенная    |обыкновенная    |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  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.



смотреть на рефераты похожие на "Роль углеводов и жиров в повышении морозоустойчивости растений"