Главная / Рефераты / Рефераты по биологии
Реферат: Роль углеводов и жиров в повышении морозоустойчивости растений
Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323
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 0єС.
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 +40єС наблюдаются признаки угнетения, а при 45+...+50єС 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 +50єС 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...+15єС) и ночными (около 0єС) 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...-5єС), 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 єС 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 - ?- и ?-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 ?- и ?-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
0єС. 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 R1, R2, 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 ба...
ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)!
Чтобы просматривать этот и другие рефераты полностью, авторизуйтесь на сайте:
|
|
|
Добавлено: 2011.07.10
Просмотров: 1268
|
Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21
При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательная! |
