810

Определение защитного действия сахаров на протоплазму

Выводы.

Вопросы для самоконтроля

1.Почему при действии температуры происходит коагуляция белка цитоплазмы?

2.Почему при резком понижении температуры обычно происходит гибель клеток?

3.Как влияет повышение концентрации сахаров на устойчивость клеток?

Работа 74. Изучение действия сахара на белки протоплазмы при отрицательных температурах

Вводные пояснения. При действии на растение экстремальных температур белки коагулируют. Выпадение хлопьевидного осадка белка из вытяжки растительной ткани – показатель ее повреждения. Сахароза стабилизирует нативную структуру белка, тем самым, защищая ее от губительного действия отрицательных температур.

Цель работы. Путем постановки опыта выяснить действие сахара на белок протоплазмы клеток клубня картофеля при замораживании.

Материалы и оборудование: клубни картофеля; 0,5 и

1М растворы сахарозы; снег; поваренная соль; терки; марля; конические колбы; пробирки; пипетки на 10 мл; чашки для охладительной смеси; термометры до -30 °С.

Ход работы. Очищенный клубень картофеля натирают на терке, переносят на двойной слой марли, отжимают через нее сок в коническую колбу и дают отстояться крахмалу. Надосадочную жидкость наливают в три пробирки по 2,5мл

вкаждую. В первую пробирку добавляют 2,5мл дистиллированной воды, во вторую – 2,5мл 0,5М раствора сахарозы,

втретью – 2,5мл 1М раствора сахарозы. Перемешивают со-

211

держимое в пробирках и ставят в охладительную смесь на 20 мин (см. работу 73). Затем оставляют пробирки в стакане с водопроводной водой и, не встряхивая, наблюдают образование хлопьев коагулировавшего белка. Пробирки зарисовывают, делают выводы о защитном действии сахарозы при замерзании вытяжки из растительной ткани.

Вопросы для самоконтроля

1.Как защищают сахара белки цитоплазмы?

2.Что наблюдается в растворе, если белки коагулировали?

Работа 75. Определение жаростойкости растений

Вводные пояснения. Если подвергнуть лист действию высокой температуры, а затем погрузить в слабый раствор соляной кислоты, то поврежденные и мертвые клетки побуреют вследствие свободного проникновения в них кислоты, которая вызовет превращение хлорофилла в феофитин, тогда как неповрежденные клетки останутся зелеными. У растений с кислым клеточным соком феофитинизация может произойти и без обработки соляной кислотой, так как при нарушении полупроницаемости тонопласта, органические кислоты проникают из клеточного сока в цитоплазму и вытесняют магний из молекулы хлорофилла.

Цель работы. Провести опыт по определению жаростойкости растений путем выдерживания листьев на водяной бане при разной продолжительности.

Материалы и оборудование: свежие листья растений; 0,2Н НСI; водяная баня; термометр; пинцет; чашки Петри (5 шт.); стакан с водой; фломастер.

Ход работы. Нагревают водяную баню до 45°С, погружают в нее по 6 листьев исследуемых растений и выдерживают в водяной бане в течение 30 мин, поддерживая температуру на уровне 45 С. Затем берут первую пробу, вынимая по одному листу каждого вида растений и помещают их

212

вчашку Петри с холодной водой (на чашке делают соответствующую надпись). Поднимают температуру в водяной бане до 50 °С, и через 10 минут после этого извлекают из

бани еще по одному листу, и переносят их в новую чашку с холодной водой. Доводят температуру до 55оС, выдержива-

ют 10 мин. Через каждые 10 мин. температуру водяной бани повышают на 5оС и берут по одному листу до 70оС.

Заменяют воду в чашках 0,2Н раствором соляной кислоты, и через 20 минут учитывают степень повреждения листа по количеству появившихся бурых пятен. Результаты записывают в таблицу, обозначив отсутствие побурения знаком «-», слабое побурение – «+», побурение более 50% площади листа – «+ +» и сплошное побурение – «+ + +» или

в%.

Влияние температуры на растения

Вопросы и задачи по теме «Устойчивость растений

кнеблагоприятным условиям»

1.Какие методы оценки устойчивости растений к экстремальным факторам – прямые полевые или вегетационные – находят наибольшее применение в практике исследований? Почему?

2.Что понимают под зимостойкостью и холодостойкостью растений? Как влияют на устойчивость зимующих рас-

213

тений их морозостойкость, устойчивость к выпреванию, вымоканию, ледяным коркам и зимней засухе?

3.Какие методы определения морозоустойчивости растений являются наиболее объективными? Какие из них применимы и к диагностике растений?

4.Что понимают под засухоустойчивостью? Какие методы диагностики используются для ее определения?

5.Какое значение имеет диагностика солеустойчивости растений? Какими методами она определяется?

6.Какими физиолого-биохимическими особенностями отличаются холодостойкие и морозоустойчивые растения?

7.Какие условия необходимы для прохождения фаз закаливания у травянистых и древесных зимующих растений?

8.Какие отрицательные действия оказывают на растения сверхоптимальные высокие температуры?

9.Какие анатомические и физиолого-биохимические особенности отличают засухоустойчивые виды и сорта сельскохозяйственных растений?

10.Назовите изменения элементов продуктивности растений при недостатке воды в отдельные периоды онтогенеза зерновых культур.

11.Каковы морфологические и физиологические особенности солеустойчивых растений?

12.Разные растения выдерживались в холодильной камере, в которой постепенно понижалась температура. Было

установлено, что отмирание шоколадного дерева происходило при 80С, хинного дерева – при 2, хлопчатника – при 1, кукурузы – при 2, лимона – при 8, озимой ржи – при 300С. На основе этих данных дайте оценку холодостойкости и морозоустойчивости этих растений.

13.Как объяснить, что хвоя сосны, выдерживающая зимой морозы до -430С, летом гибнет при искусственном охлаждении до -80С?

214

14.Почему белая акация вымерзает в Петербурге, но благополучно зимует в Саратове, несмотря на то, что морозы в Саратовской области бывают значительно сильнее, чем

вЛенинградской области?

15.Что более опасно для растений: зимние морозы или весенние заморозки? Объясните.

16.Какие листья быстрее завядают при почвенной засухе – верхние или нижние? С чем это связано?

17.Почему суккуленты отличаются медленным ростом?

18.Какие физиологические показатели можно использовать для определения сроков полива растений? Почему эти показатели – более надежный критерий потребности растений в очередном поливе, чем визуально наблюдаемое завядание листьев?

19.Почему при возделывании растений на поливных участках следует применять повышенные дозы удобрений?

20.В чем заключается смысл предпосевного закаливания семян по методу П.А. Генкеля, и какова причина более высокой эффективности этого метода по сравнению с закаливанием путем завядания уже развившихся растений?

21.Как объяснить произрастание в пустыне тюльпанов, не отличающихся высокой засухоустойчивостью?

22.Каковы признаки ксерофитов? Почему у северных растений, обитающих на заболоченных почвах, имеются многие признаки ксерофитов? Перечислите эти признаки.

215

8.ПРЕВРАЩЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

ВРАСТЕНИИ

Общие представления об обмене веществ в расте-

нии

Особенностью любого живого организма является наличие у него обмена веществ. Обмен веществ складывается из двух взаимосвязанных, одновременно протекающих в организме процессов – ассимиляции и диссимиляции или анаболизма и катаболизма. В ходе катаболических превращений происходит расщепление крупных органических молекул до простых соединений с одновременным выделением энергии, которая запасается в форме богатых энергией фосфатных связей (АТФ, НАД, НАДФ и т.п.). В ходе анаболических превращений происходит биосинтез сложных молекул из простых соединений.

Обмен веществ неотделим от процессов превращения энергии. В живом организме различают три основных вида превращения энергии:

1)лучистая энергия солнечного света улавливается пигментами зеленых растений и в процессе фотосинтеза превращается в химическую энергию органических соединений – углеводов, белков, жиров и других соединений. Все эти превращения происходят в хлоропластах;

2)химическая энергия углеводов, белков, жиров и других соединений в процессе дыхания превращается в биологически доступную энергию макроэргических фосфатных связей. Такие превращения осуществляются в основном в митохондриях;

3)энергия макроэргических фосфатных связей превращается в работу, т.е. в другие виды энергии*: в механическую – при мышечных сокращениях, электрическую – при передаче нервного импульса, осмотическую – при передви-

*Энергию можно определить как способность совершать работу.

216

жении молекул против градиента концентрации, химическую – при синтезе молекул в процессе роста. Часть энергии при этом теряется в форме тепла в клетках организма.

Обмен веществ неразрывно связан с обменом энергии. Область физики, изучающая энергию и еѐ превращения, носит название термодинамики, а изучением обмена энергии в живых организмах занимается раздел биохимии, который называется биоэнергетика. Все биохимические реакции, протекающие в любом организме, в том числе и в растительном, подчиняются и управляются законами термодинамики.

Химические реакции, протекающие с выделением теп-

ла, называются экзотермическими или экзергоническими.

Реакции, протекающие с поглощением тепла извне, называ-

ются эндотермическими или эндергоническими.

Хотя энергия существует во многих формах, для живых существ пригодны только две из них – световая и химическая. Организмы, которые синтезируют вещества за счет энергии света, называются фототрофными, а те, которым для этого нужна химическая энергия, – хемотрофными.

Все живые организмы, в зависимости от потребляемой энергии и источника углерода, делятся на три группы:

–организмы, для которых основным источником энергии являются кванты света, а источником углерода – двуокись углерода, называются автотрофными;

–организмы, получающие энергию за счет окисления органических соединений и использующие органический источник углерода, называются гетеротрофными;

–организмы, получающие энергию и углерод в процессе окисления неорганических соединений, называются

хемоавтотрофными.

В отличие от гетеротрофов, автотрофные организмы удовлетворяют свои потребности в органических веществах, синтезируя их из простых неорганических соединений. Все

217

процессы обмена веществ в живых организмах, при которых выделяется энергия, можно разделить на три основные фазы:

–на первой фазе крупные молекулы органических соединений распадаются на более мелкие: углеводы превращаются в более простые пентозы, гексозы, триозы; белки – в аминокислоты; жиры – в глицерин и жирные кислоты. Общее количество энергии, выделяющейся на первой фазе расщепления сложных органических соединений, составляет менее 1% всего запаса энергии веществ, и почти вся она выделяется в виде тепла;

–на второй фазе в результате окисления сравнительно небольших молекул углеводов, аминокислот, глицерина и

жирных кислот, кроме СО2 и Н2О, образуются три основных соединения: ацетилкоэнзим А, α-кетоглютаровая и щавеле- во-уксусная кислоты. На второй фазе выделяется около 1/2 общего количества энергии, содержащейся в начальных органических соединениях.

Три конечных продукта второй фазы полностью окисляются в третьей фазе, представляющей общий конечный путь окисления всех органических соединений. На третьей фазе выделяется около 2/3 общего количества энергии, заключенной в органических соединениях. Обычно около 3040% энергии, выделяющейся при реакциях второй и третьей фаз, бесполезно растрачивается в виде тепла. Остальные 6070% запасаются в организме в виде АТФ и других соединений и затем используются для осуществления жизненных процессов.

Вопросы для самоконтроля

1.Что вы понимаете под обменом веществ?

2.Чем отличаются анаболические процессы от катаболических?

3.Какие виды превращений энергии различают в живых организмах?

4.Какие формы энергии вам известны и какие из них используются растениями?

5.Какие организмы называют автотрофами, какие хемотрофами и почему?

6.Как подразделяются живые организмы в зависимости от потребляемой энергии и источника углерода?

218

7.На какие три основные фазы можно разделить все процессы обмена веществ в живых организмах, при которых выделяется энергия?

8.Роль АТФ можно сравнить с ролью аккумулятора. Объясните, в чем заключается это сходство?

Превращение углеводов, белков и жиров

Работа 76. Расходование запасных веществ при прорастании семян1

Вводные пояснения. В период роста и развития растений в них одновременно протекают процессы образования и разрушения веществ, т.е. ассимиляции и диссимиляции. При нормальных условиях жизни растений ассимиляция всегда превышает процессы диссимиляции, в результате чего происходит прирост сухого вещества. Однако при прорастании семян процессы диссимиляции в них преобладают над процессами синтеза, особенно в начальные фазы прорастания, что приводит к потере сухого вещества семени.

Чтобы убедиться в убыли массы сухого вещества при прорастании семян, нужно проращивать их в темноте во влажных предварительно прокипяченных опилках, т.е. в условиях, исключающих как воздушное, так и корневое питание проростков. Примерно через 10-14 дней выросшие проростки высушивают и взвешивают. Полученный результат сравнивают с сухой массой такого же числа и таких же семян.

Цель работы. Убедиться, что при прорастании семян происходит уменьшение количества массы сухого вещества.

Материалы и оборудование: набухшие семена гороха;

весы с разновесами; опилки лиственного дерева, предварительно прокипяченные и отжатые для удаления экстрактивных веществ; тарелки; сушильный шкаф; эксикатор; стаканы; фильтровальная бумага.

1 Работа рассчитана на 3 занятия

219

Ход работы: Отбирают две пробы по 10 штук крупных, здоровых и, по возможности, одинаковых семян и взвешивают их с точностью до десятых.

Первую пробу семян используют для определения содержания в них сухого вещества. Для этого семена помещают в пакет из фильтровальной или газетной бумаги и сушат в сушильном шкафу при температуре 100-1050С в течение 6 часов подряд. После охлаждения в эксикаторе пакет снова взвешивают, выясняя таким образом абсолютно сухую массу 10 семян.

Вторую порцию семян помещают в стакан, который на 3/4 наполняют влажными и отжатыми от избытка воды опилками. Разложив набухшие семена по поверхности опилок, засыпают их сверху такими же влажными опилками и слегка уплотняют. Стакан с высеянными семенами этикетируют и помещают в темное место, и по мере подсыхания опилок – увлажняют водой.

Через 1-2 недели проростки извлекают из опилок, отряхивают и тщательно отмывают водой корни от опилок, проростки обсушивают фильтровальной бумагой и взвешивают. Затем помещают их в пакеты из бумаги и высушивают до абсолютно сухого состояния в сушильном шкафу в течение 6 часов, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Если взошли не все семена, то результат пересчитывают на 10 семян.

Полученные в опыте результаты заносят в таблицу и проводят необходимые расчеты.

Делают выводы о причинах изменения сухой и сырой массы семян.

220