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 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.