Методы диагностики и пути повышения жароустойчивости.

Возможность диагностики жароустойчивости растений представляет большой научный интерес, так как она позволяет определять условия произростания тех или иных видов растений для получения нужного материала и использовать данное растение для определенных целей с минимальными повреждениями(ущербом).

1. Определение вязкости цитоплазмы путем центрифугирования.

Центрифугирование представляет собой воздействие на вещества путем сверхскоростного вращения в специализированном аппарате с помощью специальных препаратов-центрифуг.

Вязкость цитоплазмы определяется скоростью смещения хлоропластов при центрифугировании. Обычно центрифугированию подвергаются черешки листьев, после чего на срезах под микроскопом просматривают характер расположения хлоропластов. При этом необходимо отмечать время центрифугирования, которое необходимо для смещения хлоропластов (при определенном числе оборотов в минуту). Оно является мерой относительной вязкости цитоплазмы. Но есть одно важное условие – данный метод применим лишь при достаточном содержании крахмала в хлоропластах, так как смещение хлоропластов происходит за счет большого удельного весa крахмaла по сравнению с цитоплазмой. Лишенные крахмала хлоропласты практически не отличаются по удельному весу от цитоплазмы и не смещаются.

2. Сравнительный (плазматический) метод определения вязкости цитоплазмы.

Вязкость цитоплазмы обычно определяют по форме плазмолиза(процесс отделения протопласта от клеточной стенки в гипертоническом растворе). Предложено судить об этом по времени плазмолиза, а именно по скорости перехода плазмолиза вогнутого в выпуклый. Определение происходит в растворе сахарозы, который на одну десятую молярности превышает изотоническую концентрацию. Так создаются условия сравнения в отношении растений, имеющих разное осмотическое давление, так как концентрация плазмолизирующего отличается от изоосмотической, а именно она всегда на 0,1 М выше.

Данный метод позволяет определять вязкость цитоплазмы в тканях, не содержащих хлоропластов.

3. Действие атмосферной засухи сказывается как на подземных органах растения, так и на корневой системе. Уже можно считать доказанным то, что корень является местом ряда синтетических процессов в растении. В частности, местом синтеза ряда аминокислот.

В результате действия суховея нарушается синтетическая деятельность корней. Данное явление можно наблюдать по уменьшению содержания аминокислот и амидов и увеличению содержания аммиака в пасоке растений. Очевидно, образующийся в листьях аммиак, попадая в корневую систему, не связывается в амиды, аминокислоты, а также в органические кислоты и частично опять возвращается в надземную часть, вызывая угнетение растения.

· К.Мотес (1955), а затем Н.С. Петинов и Ю.Г.Молотковский (1956) пришли у выводу, что наибольшее значение для устойчивости растений к высокой температуре имеет повышенное дыхание, накопление аминов и органических кислот, которые связывают вредный для растения аммиак.

С точки зрения автора учебника «Физиология растений» П.А.Генкеля, наиболее жароустойчивые растения накапливают меньше амидов, но больше белков во время засухи. Так, например, установлено, что просо и кукуруза (более жароустойчивые растения) накапливают меньше амидов, чем менее жароустойчивый подсолнечник. Арбуз сохраняется в период засухи благодаря интенсивному водоснабжению и совсем не накапливает амидов.

· Прямые лабораторные методы определения жароустойчивости растительных клеток и тканей.

Метод определения температурного порога коагуляции протоплазмы (Генкель, 1956).При данной работе устанавливается температура, при которой происходит гибель всех клеток среза, выдержанных на водяной бане в течение 10 минут. Срезы растения после прогревания плазмолизируются в молярном растворе сахарозы. Отсутствие плазмолиза в препарате говорит о смерти клеток. Данный метод хотя и дает представление о жароустойчивости растения, но требует доработки и совершенствования.

4. Положительное воздействие аденина на жароустойчивость обнаружила Н.А.Сатарова. В опытах, проведенных ею, аденин способствовал накоплению белков и повышению устойчивости растений к высоким температурам. Чем интенсивнее синтезируются белки во время и после засухи, тем легче растение восстанавливает повреждения. Иными словами, оно обладает большей репарационной способностью.

5. Б.Кесслер (1959) также в своих работах показал значительное повышение устойчивости растений к высоким температурам под влиянием нуклеотида аденина. Прорастающие семена, проростки и очень молодые листья под воздействием аденина обнаружили повышение устойчивости к обезвоживанию и высоким температурам. При подаче аденина увеличивалось содержание нуклеиновых кислот и других протоплазматических образований липоидно-нуклеопротеидной структуры.

6. Метод диагностики жароустойчивости по гидролизу статолитного крахмала.

В основу данного метода положен гидролиз статолитного крахмала под влиянием перегрева и обезвоживания в клетках корневого чехлика. Статолитный крахмал, всегда находящийся в клетках корневого чехлика, растение не расходует даже в условиях. Но он начинает исчезать в клетках при их обезвоживании и прогревании. Чем выше жароустойчивость растения, тем с меньшей скоростью он гидролизуется. На основании этого в качестве теста жаростойкости растений принята скорость гидролиза крахмала в клетках корневого чехлика проростков. Проростки семян подвергаются прогреванию в воде в течение 1 часа при температуре 36-39 °С. Устойчивость растений к потере воды определяется путем обезвоживания их над растворами хлористого натрия определенной концентрации. Проростки раскладываются на большие стекла на 18-48 часов, а затем помещаются в эксикаторы над определенным раствором хлористого натрия. Опыт проводится в темноте при 20°С. Необходимо проверять жизнеспособность клеток корня и после прогревания. Корни окрашивают в растворе нейтрального красного в течение 2 мин., а затем помещают в 1М раствор сахарозы. Наличие плазмолиза в клетках указывает на их жизнеспособность. После прогревания одной партии и обезвоживания другой партии проростков у них скальпелем отрезают кончик главного корня, их в течение 30 секунд красят раствором Люголя, затем просматривают под микроскопом и делают глазомерную оценку содержания крахмала в клетках (по пятибалльной шкале).

7. Л. Энгельбрехт и К.Мотес(1960) установили благоприятное действие кинетина (6-аминофурфуролпурина) на жароустойчивость листьев махорки. Нанесение кинетина на листья повышало их жароустойчивость и помогало растению преодолеть вредные последствия нагревания. Сущность благоприятного действия кинетина они видят в накоплении аминокислот.

8. Лабораторно-аналитические методы определения жароустойчивости.

Лабораторно-аналитическими методы – это методы, демонстрирующие причины высокой жароустойчивости растений.

Жароустойчивость обуславливается в основном повышенной вязкостью цитоплазмы и количеством коллоидно-связанной воды.Повышению жароустойчивости также способствует овышение осмотического давления вследствие увеличения количества осмотически связанной воды. Выносливость кактусами и другими представителями суккулентов высоких температур обусловлена высокой вязкостью цитоплазмы и наличием значительного количества коллоидно-связанной воды в их тканях.

Жароустойчивость зависит от вязкости цитоплазмы. Небольшие кон-центрации солей кальция повышают температурный порог коагуляции белков цитоплазмы. Соли калия, понижающие вязкость протоплазмы, понижают порог коагуляции белков.

9. Применительно к пшенице Ф.Ф. Мацковым был разработан следующий метод. Пробы из 4-5 листьев пшеницы выдерживают на водяной бане в течение 10 минут при разных температурах, которые вызывают частичное повреждение листа. Затем листья вынимают и опускают в раствор 0,2N соляной и азотной кислоты. Все пробы раскладывают на бумаге и по степени побурения тканей листовой пластинки судят о степени жароустойчивости образца.
Чем менее жароустойчивее растение, тем оно больше повреждено, тем скорее соляная кислота проникает внутрь тканей листа и вызывает появление бурых пятен в результате образования феофитина. Степень повреждения отмечают соответственно знаками «+» и «-».

Метод этот применим только к растениям, имеющим нейтральную реакцию клеточного сока, так как растения, имеющие кислую реакцию, дают ее без погружения в кислоту и результаты получаются нечеткими.

Среди вышеперечисленного наиболее удобным в применении оказалось определение жаростойкости по методу Ф.Ф.Мацкова. Этот метод хорошо подходит для проделывания его в учебных целях, так как требует минимальных затрат времени и специального оборудования и обладает достаточной наглядностью, что положительно сказывается на учебном процессе.

Данный опыт был проделан согласно методике Ф.Ф.Мацкова в условиях лаборатории Университета (см. приложение). Исследования проводились с трехкратной повторностью. Для этого использовались растения таких экологических групп как ксерофиты, мезофиты и некоторых представителей гидрофитов, так как они являются повсеместно распространенными и хорошо демонстрирующими влияние данного температурного фактора.

ГЛАВА 3.