В повышении морозоустойчивости

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.

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                                    CH₂ - OH        R₁COOH

CH - O - OC - R₂ + 3H₂O ^ЛИПАЗА CH - OH +   R₂COOH

CH₂ - O - OC - R₃                                          CH₂ - OH           R₃COOH

      ЖИР                                                          ГЛИЦЕРИН          ЖИРНЫЕ

                                                                                                                 КИСЛОТЫ,

где R_1, R_2, 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.

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 опыта	Содержание крахмала в баллах
	ива козья	Сирень обыкновенная	Лиственница обыкновенная	сосна обыкновенная
30.10.99	3	4	4	4
30.11.99	2	3	3	2
30.12.99	2	2	1	1
30.01.00	1	1	0	0
30.02.00	1	1	0	0
30.03.00	2	2	1	1
30.04.00	2	3	3	3

 

Опыт проведён в трёх повторностях для получения более достоверного результата.

Вывод: наблюдал колебание содержания крахмала, к середине зимы у сосны и лиственницы крахмал почти исчез. Такие колебания связаны с распадом крахмала и накоплением жиров в вакуолях клеток и в цитоплазме. Накопление жиров в клетках позволяет растениям перезимовать. Эти процессы усиливаются при наступлении сильных холодов. Повышение температуры воздуха в конце зимы вызывает распад жиров и повторное накопление крахмала. К началу сокоотделения и распускания почек запасной крахмал окончательно распадается с образованием растворимых сахаров

  У ивы и сирени пробы немного отличаются от проб на крахмал у хвойных. Не наблюдается полного исчезновения крахмала к середине зимы, так как он служит энергетическим материалом, за счёт которого растения живут зимой. Он повышает устойчивость клеток к морозам. Поэтому в зависимости от характера превращения крахмала древесные растения делят на две группы: крахмалистые (куда вошли ива и сирень) маслянистые (хвойные).

Опыт № 3 "Повышение морозоустойчивости растений"

Цель: выяснить роль сахара в повышении морозоустойчивости тканей корнеплода свёклы столовой.

Оборудование и объекты: корнеплод свёклы столовой, 3 пробирки, штатив, термометр (на 25ºС), лёд, поваренная соль, пробочное сверло, растворы сахарозы.

Ход опыта:

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"

№ пробирки	Результаты: интенсивность окраски раствора
№1 (вода) - контроль	Вода окрасилась интенсивно в красный цвет
№2 (раствор 0,5 м)	Раствор окрасился в красный цвет (средний по интенсивности)
№3 (раствор 0,1 М)	Раствор слабо окрашен (следы антоциана)

Вывод: выход антоцианов из вакуолей в раствор означает, что клетки погибли, мембраны их разрушены и уже не могут удержать содержимое клетки. В пробирках с 0,5 М и 1,0 М растворами сахарозы цвет отличается от контроля. Чем выше концентрация сахарозы, тем слабее окрашен раствор. Уменьшение выхода антоциана из тканей корнеплода свёклы, находившихся в растворах сахарозы, свидетельствует о том, что сахарозы оказала защитное действие на цитоплазму клеток при их замораживании. Степень защитного действия зависит от концентрации сахарозы: в более концентрированном растворе (1,0 М растворе) повреждение тканей оказалось минимальным.

Пояснение к опыту №3.

    Внезапное, в течение 15-20 минут, понижение температуры от+20 до -20ºС вызывает в клетках корнеплода, находившегося в пробирке с водой, образование льда непосредственно в цитоплазме. Кристаллы льда повреждают структуру клеток, они погибают. Защитное действие сахарозы во второй и третьей пробирках связано с поступление сахарозы из раствора в клетки и с выходом воды из клеток в наружный, более концентрированный раствор. Чем выше количество сахарозы в клетке, тем ниже температура замерзания цитоплазмы, так как сахарозы, связывая внутриклеточную воду, уменьшает её подвижность. Обезвоживание клеток также повышает их устойчивость к действию морозов, препятствуя внутриклеточному образованию льда. Не случайно у древесных растений зимой накапливается в клетках 10% сахаров, у озимых злаков - до 50%.

    Результаты опытов позволяют понять, почему для успешной зимовки, как озимых травянистых растений, так и древесных, важна солнечная осень.

    При пониженных ночных температурах, замедляющий отток сахаров в другие части растения, в зелёных листьях накапливаются углеводы. Самая низкая температура, которую выдерживают наиболее морозостойкие сорта озимой ржи - около -30ºС на уровне почвы.

    Это не слишком высокая степень морозоустойчивости. Ведь почки древесных пород в Сибири выдерживают до -70ºС. Такая температура наблюдается в Якутии, где растут ель сибирская, сосна обыкновенная, берёзы пушистая, осина. Дополнительную морозостойкость почкам этих видов придаёт состояние глубокого покоя, переход в которое сопровождается сильным обезвоживанием клеток, накоплением жиров, углеводов, изменение состава белков.

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.

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.