Курсовая: Роль углеводов и жиров в повышении морозоустойчивости растений

Олимпиадная работа

по биологии

на тему: "Роль углеводов и жиров

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

Страницы: 1, 2, 3