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                                       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.

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"

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"

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.