Батурицкая Н. В., Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями. 1991. Батурицкая Н. В., Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями. Удивительные опыты с растениями
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
72. Повышение морозоустойчивости тканей растений Для опыта нужен корнеплод свеклы столовой, 3 пробирки, штатив, термометр (на —25 °С), лед, поваренная соль, мешалка для льда. В вакуолях клеток столовой свеклы содержится водорастворимый пигмент из группы антоцианов — бетацианин. Поскольку он, как и другие антоцианы, находится только в вакуолях, для выделения пигмента необходимо повредить мембрану. Пробочным сверлом из корнеплода вырежьте 6 небольших одинаковых (2Х0,5 см) пластинок. Тщательно промойте их водой, чтобы удалить антоциан из разрезанных клеток (от этого будут зависеть результаты опыта). Затем перенесите пластинки в пробирки. В первую налейте на 1/4 объема воду, во вторую — столько же 0,5 187 М раствора сахарозы, в третью — столько же 1,0 М раствора сахарозы. Количество раствора в пробирках и количество пластинок свеклы в них должно быть одинаковым. Пробирки поместите в охлаждающую смесь: к 3 частям снега или мелко истолченного льда добавьте 1 часть поваренной соли и перемешайте. Измерьте температуру смеси. Когда она опустится до —20 °С, содержимое пробирок замерзнет. Через 15—20 мин достаньте пробирки и поставьте в стакан с водой комнатной температуры для оттаивания, после чего сравните окраску раствора в пробирках. В контрольной — раствор окрашивается в красный цвет. 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 свеклы, находившихся в растворах сахарозы, свидетельствуют о том, что сахароза оказала защитное действие на цитоплазму клеток при их замораживании. Степень защитного действия зависит от концентрации сахарозы: в более концентрированном (1,0 М растворе) повреждение тканей оказалось минимальным. Внезапное, в течение 15—20 мин, понижение температуры от +20 до —20 °С вызывает в клетках корнеплода, находившегося в пробирке с водой, образование льда непосредственно в цитоплазме. Кристаллы 188 льда повреждают структуру клеток, клетки погибают. В природных условиях такие резкие перепады температуры характерны для весенних заморозков. Защитное действие сахарозы во второй и третьей пробирках связано как с поступлением сахарозы из раствора в клетки, так и с выходом воды из клеток в наружный, более концентрированный раствор. Чем выше количество сахарозы в клетке, тем ниже температура замерзания цитоплазмы, поскольку сахароза, связывая внутриклеточную воду, уменьшает ее подвижность. Обезвоживание клеток также повышает их устойчивость к действию морозов, препятствуя внутриклеточному образованию льда. Не случайно у древесных растений зимой накапливается в клетках до 10 % Сахаров, а 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, замедляющих отток Сахаров в другие части растения, в зеленых листьях накапливаются углеводы. Самая низкая температура, которую выдерживают наиболее морозостойкие сорта озимой ржи — около —30 °С на уровне почвы. Это не слишком высокая степень морозоустойчивости. Ведь почки древесных пород в Сибири выдерживают до —70 °С. Такая температура наблюдается в Якутии, где растут ель сибирская, сосна обыкновенная, береза пушистая, осина. Дополнительную морозостойкость почкам этих видов придает состояние глубокого покоя, переход в которое сопровождается сильным обезвоживанием клеток, накоплением жиров, углеводов, изменением состава белков. 189 Задание. Выясните, повысится ли после пребывания в 0,5 М и 1,0 М растворах сахарозы морозоустойчивость клеток мякоти яблок и других окрашенных антоцианами плодов, листьев свеклы столовой и капусты краснокочанной, лепестков цветков. 73. Продолжительность периода глубокого покоя у разных видов растений Для опыта нужны побеги липы мелколистной или клена остролистного, дуба черешчатого, тополя черного, березы бородавчатой, ивы козьей, сирени обыкновенной, черешни, форзиции пониклой. Методика опыта проста, но для того, чтобы довести его до конца, требуется определенное терпение и настойчивость, а также объекты исследования в достаточном количестве. Необходимо раз в месяц или в 10 дней срезать по 2—3 небольших побега какого-либо из указанных выше растений. Этот перечень не является строго обязательным. Конечно, чем больше видов будет изучено, тем интереснее и полнее будут результаты, но не забывайте о бережном отношении к природе. Срезанные побеги снабдите этикетками с названием растения и датой сбора, поставьте в сосуд с водой в теплом помещении, еженедельно подрезая стебли и меняя воду. Основная задача дальнейших наблюдений за побегами — отмечать дату распускания почек. Сведения о дате сбора побегов и распускания почек 190 заносите в таблицу, подсчитывая количество дней, прошедших со дня внесения данного побега в теплое помещение до начала роста почек. Начинать опыт можно в октябре — ноябре, но наиболее полноценные наблюдения получаются в том случае, если к изучению покоя почек приступить еще до опадения листьев, в августе — сентябре. Заканчивайте опыт в апреле — мае. Если опыт проводился длительное время и данных получено много, результаты лучше выразить графическим способом. На оси абсцисс отложите даты срезания побегов растений, на оси ординат — промежуток времени (в сутках) от срезания побега до распускания почек. Наблюдения показывают, что зимой у исследованных в опыте видов есть период, когда их побеги, будучи перенесенными в благоприятные для роста условия, не способны к распусканию почек. Если начать опыт в июле, можно заметить, что в начальном этапе формирования почек они еще способны к росту (при условии, что вы перед опытом уберете все листья с побега). Затем, по мере вхождения древесных растений в состояние покоя, почки полностью утрачивают способность к росту. Это период так называемого глубокого покоя. У разных растений продолжительность глубокого покоя не одинакова. Почки липы мел» колистной приобретают способность к росту только в январе, тополя черного — в октябре — ноябре , а у сирени обыкновенной период глубокого покоя еще короче. У некоторых видов 191 период глубокого покоя может практически отсутствовать. С  пособность к весеннему росту проявляется у почек после прекращения глубокого покоя постепенно. Например, в одном из опытов (рис. 48) при взятии побегов каждые 10 дней в период с 20 ноября по 10 января для распускания листовых почек форзиции пониклой понадобилось соответственно 23, 17, 15, 8 дней. Продолжительность же распускания цветочных почек практически не менялась, имели место лишь колебания в пределах 6—10 дней. Такое поведение почек форзиции обусловлено тем, что она цветет до распускания листьев, поэтому цветочные почки полностью формируются с осени. У вишни разрыв между цветением и распусканием листьев меньше, но все же цветение начинается раньше, поэтому сроки распускания цветочных почек у нее несколько меньше (21, 20, 18, 13 дней), чем листовых (28, 35, 16, 13 дней).Если такие измерения проводились несколько лет подряд, то по усредненной кривой можно достаточно точно определить, за сколько дней до нужного срока необходимо срезать побеги для выгонки. Период глубокого покоя заканчивается (ноябрь — январь) до наступления весеннего тепла. Уже готовые к росту почки не распускаются только потому, что отсутствуют благоприятные для роста условия внешней среды. Этот период покоя получил название вынужденного. Переход растений из состояния глубокого покоя в вынужденный происходит постепенно, что 192 Рис. 48. Продолжительность зимнего покоя листовых (а) и цветочных (б) почек форзиции пониклой. обусловлено крайне замедленным протеканием всех процессов жизнедеятельности в зимний период. Что же происходит в почках растений в период покоя? Для глубокого покоя почек древесных растений характерна внутренняя, физиологическая неготовность к возобновлению роста в самых благоприятных условиях. Все физиологические процессы (дыхание, синтез веществ, новообразование органелл клетки) в этот период замедлены, но не прекращены. Значение периода глубокого покоя в том, что даже при появлении кратковременных оттепелей почки не трогаются в рост в заведомо неблагоприятные периоды. Главное условие возобновления роста почек — воздействие температуры от 0 до +5 °С в течение 3—5 193 недель. Оно воспринимается почками и вызывает прежде всего изменение гормонального режима. Когда древесные растения в сентябре — октябре переходят в состояние глубокого покоя, содержание в почках гормонов (ауксинов, гиббереллинов), стимулирующих рост, уменьшается, а содержание ингибиторов роста (абсцизовой кислоты) нарастает. Под действием перенесенных морозов в клетках точек роста вновь начинается синтез гормонов роста, прежде всего гиббереллина. По мере накопления в почках гормонов — стимуляторов ростовых процессов — способность к росту в благоприятных условиях возобновляется, что свидетельствует об окончании периода глубокого покоя. Содержание ингибиторов роста после выхода почек из состояния глубокого покоя падает постепенно. По мере снижения их количества уменьшаются сроки, необходимые для распускания почек на побегах. 74. Цветы зимой Результаты предыдущего опыта показывают, что, даже если период глубокого покоя у растения и окончился, энергия распускания почки весной значительно выше, чем зимой. Существует много способов ускорения выхода растений из состояния покоя: обработка почек эфиром, теплыми ваннами, поранение тканей почки уколами, впрыскивание воды. Действительно, эти методы ускоряют на 2—6 дней распускание почек, особенно листовых. Надо иметь в виду, что легче всего поддаются выгонке растения, которые цветут до распускания листьев. 194 Период глубокого покоя у них очень короткий и никакой специальной обработки, если знать примерное время, необходимое для распускания почек в ноябре — апреле, не требуется. Чтобы получить цветущие ветки к Новому году, срежьте в ноябре — начале декабря побеги одного из перечисленных видов растений: форзиции пониклой, айвы японской, магонии падуболистной, вишни, черешни, алычи, абрикоса — и поставьте в воду. В феврале — марте побеги срезайте за 6—12 дней до праздника. Более точные рекомендации можно получить, проведя в течение 2—3 лет последовательное изучение продолжительности глубокого покоя и скорости выхода из него почек каждого вида растений, которые мы собираемся использовать для выгонки. Уход за побегами состоит в еженедельной смене воды, подрезании стеблей, ежедневном опрыскивании водой (набухание почек весной происходит в основном путем поглощения ими воды или влажного воздуха). Весьма заманчиво получить к Новому году цветущие побеги сирени, чубушника. В отличие от вишни, форзиции, сирень и чубушник принадлежат к группе растений, у которых цветки появляются позже листьев. Для полного развития цветков требуется приток питательных веществ из листьев. Поэтому окрашенные соцветия сирени легче получить в декабре, когда в стеблях еще велик запас питательных веществ. Если осень была благоприятна для фотосинтеза и в стеблях накоплен запас углеводов, если понижение температуры было 195 достаточным для завершения гормональной перестройки тканей цветочных почек, то срезанные в начале декабря побеги сирени дают соцветия без дополнительных обработок. Более надежен другой способ. В начале ноября срежьте несколько побегов сирени с хорошо развитыми цветочными почками, удалите низкорасположенные почки. Для защиты от высыхания упакуйте в полиэтиленовую пленку и выдержите 4—5 недель в холодильнике при температуре от +4 °С и ниже (побеги сирени выдерживают понижение температуры до —20 °С). В начале декабря достаньте побеги из холодильника и поставьте в сосуд с водой комнатной температуры. Ежедневно побеги опрыскивайте водой, а стебли периодически отмывайте от слизи и подрезайте. Для улучшения питания растений в воду добавьте сахарозу или глюкозу из расчета 8— 10 г на 100 мл воды. Рекомендуются и более сложные рецепты, включающие, например, 15 г сахара, 0,8 г алюмокалиевых квасцов, 0,3 г хлорида калия и 0,2 г поваренной соли на 1 л воды. В растворах Сахаров создаются благоприятные условия для развития гнилостных бактерий, в целях борьбы с ними можно бросить в сосуд с побегами несколько кусочков древесного угля или чайную ложку поваренной соли на 1 л воды. Окраска соцветий сирени будет ярче, если побеги получат дополнительное освещение. Ускорить выход растений из состояния глубокого покоя можно, используя также искусственные приемы воздействия на покоящиеся почки. Познакомимся с некоторыми из них. 196 75. Теплые ванны для растения Ускорить выход растений из состояния глубокого покоя можно также с помощью теплых (35—40 °С) ванн. Для опыта нужны побеги растений, находящиеся в глубоком покое, термос. Опыт проводите в октябре — ноябре. Срезанные побеги разделите на 2 группы. Контрольную полностью погрузите в воду комнатной температуры (15—20 °С), опытную—в термос с теплой (35—40 °С) водой. Через 9—15 ч достаньте побеги, поставьте в сосуды с водой. Уход за побегами состоит в опрыскивании почек и обрезке концов стеблей. Теплая вода стимулирует распускание почек (через 3— 5 недель), тогда как почки побегов, получивших холодные ванны, остаются в состоянии покоя. В начале декабря срежьте ветки сирени и полностью погрузите в теплую воду (30 °С) на 12 ч. После этого обновите срезы веток и при комнатной температуре поставьте в сосуд с раствором, содержащим 30 г сахара, 0,8 г алюмокалиевых квасцов, 0,3 г хлорида калия на 1 л кипяченой воды. С началом распускания почек перенесите букет в более прохладное место (15—17 °С). Через неделю раствор замените свежим, но уже без сахара. Стебли обмойте, концы немного обрежьте. Улучшает распускание постоянное опрыскивание веток, которое прекращайте, когда цветки начнут распускаться (через 15— 18 дней после срезки). 197 С началом зацветания ветки перенесите в раствор лимонной кислоты (2—3 г/л). Букет сирени сохранится около 7 дней. Задание. Проверьте, происходит ли передача по растению воспринятого частью побега теплового воздействия. Для этого срежьте ветку с двумя побегами. Один побег выдержите 9—15 ч в теплой ванне, второй оставьте без обработки. Поставьте ветку в теплое светлое место и проследите за скоростью распускания почек на обоих побегах. Стимулирующее действие теплых ванн на выход растений из состояния покоя во многом обусловлено вымыванием из почек ингибиторов роста. Накопление ингибиторов роста всегда сопутствует переходу почек, семян, видоизмененных зимующих органов в состояние покоя, а возобновление роста связано с уменьшением их количества. Набор ингибиторов роста достаточно обширен: это может быть уже знакомая вам абсцизовая кислота или вещества негормональной природы (бензойная, коричная, салициловая кислоты, алкалоиды, дубильные вещества и др.). Поскольку это хорошо растворимые вещества, их можно извлечь из покоящихся почек и изучить влияние на рост. 76. Почки осенние и весенние В осенних почках ивы обнаружен ингибитор роста негормональной природы — изосалипурпозид. По химическому строению он близок к салициловой кислоте, впервые полученной из коры ивы. Для опыта нужны почки ивы (любого вида), собранные с растений осенью, 6 пробирок, ступка с пестиком, свежесрезанные побеги ивы. 198 Опыт проводится в 2 этапа. Первый этап — сентябрь, октябрь. В этот период почки большинства растений содержат много ингибиторов. Основная задача осеннего этапа — собрать около 10 г почек с побегов любого вида ивы и сохранить их до весны в сухом месте при комнатной температуре. Второй этап можно провести в феврале — мае, когда распускание почек происходит легко и дружно. Ингибитор роста, содержащийся в почках ивы, хорошо растворим в воде. Заготовленные осенью почки разотрите в ступке, залейте небольшим (около 30 мл) объемом теплой воды, перемешайте. Экстракт отфильтруйте и разлейте в 3 пробирки (опытный вариант). Можно приготовить растворы различного разбавления. Оставшиеся пробирки заполните тем же объемом воды (контрольный вариант). Свежесрезанные побеги ивы, находящиеся в вынужденном покое, поместите по одному в пробирки с экстрактом почек и чистой водой. Штатив с пробирками поставьте в теплое и светлое место Сравните сроки распускания почек в опытном и контрольном вариантах. Результаты одного из опытов изображены на рис. 49. Поставленные в воду побеги контрольного варианта начинали рост уже через неделю, тогда как почки побегов опытного варианта оставались в состоянии покоя. Можно сделать вывод, что осенью почки ивы действительно содержат ингибиторы роста. Извлеченные из осенних почек, они по сосудам стебля поступают в готовые к росту почки весенних побегов и, накапливаясь в них, тормозят распускание. 199  Рис. 49. Распускание почек ивы осенью (а) и весной (б), черенок обработан ингибитором, выделенным из почек осеннего черенка (в). Задание. Выясните, какое влияние окажут ингибиторы, выделенные из осенних почек ивы, на прорастание семян, например огурцов. Для этого семена прорастите в двух чашках Петри: в одной на фильтровальной бумаге, смоченной водой, в другой — вытяжкой из почек. Можно выделить ингибиторы прорастания из семян, например караганы древовидной, и изучить их влияние на прорастание семян ржи, пшеницы. 77. Покой семян Переход в состояние покоя — широко распространенный у растений способ переживания неблагоприятных условий. В покоящееся со- 200 стояние переходят не только зимующие почки, но и семена большинства растений. Покоящиеся семена имеют много общего с покоящимися почками: большие запасы питательных веществ (3/4 всех семенных растений накапливают в семенах в качестве запасного питательного вещества жиры), уменьшение содержания воды, снижение обмена веществ. При переходе в состояние покоя семена обезвоживаются значительно сильнее, чем почки, что повышает их устойчивость в неблагоприятных для жизни условиях. У семян, как и у почек, есть периоды глубокого и вынужденного покоя. Благодаря резкому снижению интенсивности обмена веществ, семена могут сохранять жизнеспособность (всхожесть) довольно длительное время Например, семена ржи, кукурузы, капусты, томатов сохраняют всхожесть около 5 лет; пшеницы, овса, ячменя, тыквенных — около 10 лет. У многих растений, относящихся к семейству бобовых,— 50 — 100 лет. Возраст сохранивших жизнеспособность семян люпина арктического, добытого из отложений торфа, определили в 10 000 лет. В чем же секрет долголетия семян мелкосемянных бобовых растений? Для опыта нужны семена любого вида бобовых растений с мелкими семенами (клевера, люцерны, донника, вики), 2 чашки Петри, фильтровальная бумага, немного песка для обработки семян. Продолжительность опыта 15—16 дней. Отсчитайте 100 семян, уложите их в чашку Петри на увлажненную фильтровальную бумагу для проращивания. Уже через 2 суток видно, что не все семена, находящиеся в чашке 201 Петри, способны к набуханию и росту. В зависимости от вида растения, способа сбора количество проросших семян может колебаться от 3 до 50 Семена, способные прорасти сразу же, как только попадут в благоприятные условия, называют мягкими, имея в виду, что их оболочка легко пропускает воду Семена, которые спустя 10 дней остаются ненабухшими и непроросшими, относят к твердым Они светло-желтые или коричневые, лежат на влажной фильтровальной бумаге, как камешки (поэтому их еще называют твердокаменными семенами) В любой партии посевного материала могут быть просто невсхожие семена. Их легко отличить они черные, набухают, но не дают проростков, к концу опыта ослизняются. На 10—12-й день проращивания подсчитайте количество проросших семян (это будет фракция мягких семян), невсхожих, сгнивших и ненабухших (твердых) семян. Полученные результаты занесите в таблицу. Для следующего этапа работы нужны только твердые семена Поэтому проросшие семена удалите, полученную фракцию твердых семян разделите на 2 части Одну часть уложите в чашку Петри на увлажненную фильтровальную бумагу для проращивания без дополнительной обработки Это контрольная группа семян Другую часть поместите в ступку, добавьте немного песка и осторожно перетрите с песком, примерно в течение 1 мин Песчинки повреждают оболочку, на ней появляются трещины Из-за небольшого размера семян и песчинок эти царапины незаметны, поэтому очень важно не растереть сами семена Можно заменить 202 перетирание энергичным встряхиванием с песком в течение получаса. Обработанные семена отделите от песка и уложите во вторую чашку Петри на увлажненную фильтровальную бумагу Результаты опыта станут очевидны уже через 3—4 дня обработанные песком семена энергично прорастают, контрольные — остаются в набухшем состоянии Следовательно, в твердых семенах клевера, люцерны зародыш сформирован и семя не прорастает потому, что покрыто плотной, водонепроницаемой оболочкой Разрушение целостности семенной оболочки твердых семян называется скарификацией Этот прием широко используется в сельском хозяйстве, поскольку количество твердых семян в посевном материале может колебаться от 50 до 97 % В природе растрескивание оболочки происходит под влиянием многократного высыхания, замораживания, она разрушается бактериями. Поэтому сохраниться непроросшими в течение сотен лет твердые семена могут только при постоянном воздействии неблагоприятных условий — под слоем торфа и льда Задание Сравните способность к образованию твердых семян у дикорастущей и культурной люцерны. |