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.
|
|
НАСТИИ Помимо органов с радиальной симметрией, есть органы и с двусторонней симметрией — листья, усики некоторых растений (гороха посевного) . Благодаря различиям в строении, химическом составе клеток верхней и нижней сторон, они способны реагировать на диффузное, равномерное изменение условий среды вокруг листа, цветка. Движения такого типа называются настическими или просто настиями (от греч. «настое»—уплотненный). Термин возник в связи со способностью некоторых видов растений поднимать или опускать листья, плотно прижимая их друг к другу (рис. 32). Н  азвания настий, как и тропизмов, зависят от тех раздражителей, которые их вызывают. Различают фото-, термо-, никти-, хемо-, тигмо-, сейсмо-, электро-, травмонастии.134 Рис. 32. Настические движения листьев фасоли (а) и донника желтого (б). 54. Наблюдения за движениями венчиков цветков Для опыта нужны полоска миллиметровой бумаги длиной около 10 см, лист миллиметровой бумаги, цветущие растения: годеция крупноцветковая, деморфотека гибридная, ипомея пурпурная, маттиола двурогая, ноготки лекарственные, портулак крупноцветный, нивяник наибольший, табак душистый, эшшольция калифорнийская. Никтинастии, обусловленные сменой дня и ночи, довольно медленные, плавные движения, поэтому определить среднее время открытия и закрытия цветка визуально не просто. Для получения более точных данных необходимо провести наблюдения за движением 135 лепестков в течение всего дня, лучше в солнечную погоду. Основной показатель — расстояние между расположенными друг против друга лепестками венчика. Когда цветок закрыт, расстояние между лепестками минимально, по мере раскрытия венчика оно возрастает. Расстояние измеряйте полоской миллиметровой бумаги. Опыт лучше начинать утром, когда венчики большинства цветков еще закрыты. Или, наоборот, раскрыты, как у табака душистого и магтиолы двурогой. Для наблюдения отберите 2 молодых цветка изучаемого вида. На цветоножки повесьте небольшие этикетки с номером растения. Измерения проводите с интервалом в 1—2 ч, заканчивая их вечером. Полученные данные используйте для составления графика движения лепестков венчика в течение дня. На оси абсцисс отложите часы суток, в которые были проведены измерения, на оси ординат — расстояние (мм) между противоположно расположенными лепестками венчика. На кривой, описывающей движение венчика в течение дня, отметьте время начала раскрывания венчика, полного открытия его и закрытия. Полученные данные сведите в таблицу и на ее основе составьте местный вариант цветочных часов. Наблюдения показывают, что у исследованных видов растений венчики способны открываться и закрываться в определенное, характерное для данного вида, время суток. Изменение условий, например дождь, облачность, приводит к сдвигу в ритмах движений венчиков. Это явление получило образное название «сна растений». 136 У календулы лекарственной венчики раскрываются около 10 ч утра и к 19—20 ч закрываются. Иной характер этих движений у ослинника двулетнего. У большинства растений движения отчетливо выражены только у молодых цветков, а лепестки старых либо совсем не двигаются, либо их движения имеют несколько другой характер. Например, у портулака крупноцветкового цветки начинают открываться в 9 ч утра и в 11 ч все уже открыты. Молодые цветки «бодрствуют» до 15 ч, а старые тут же начинают закрываться и в 14 ч уже все «спят». Поэтому грядки портулака выглядят оригинально: в 14 ч часть цветков закрыта, часть открыта. Наблюдения за движениями одного и того же цветка в течение нескольких дней убеждают, что ритмические движения венчиков совершаются непрерывно до тех пор, пока цветок не состарится. На рисунке 36 представлена запись движений венчика цветков картофеля в течение 3 дней. Каждый день цветки картофеля в 6—7 ч утра раскрывались и к 20—21 ч закрывались. Способностью к движениям обладают и листья. Семядольные листочки лебеды раскидистой, томатов, перца овощного вечером поднимаются, а днем опускаются, подставляя листовые пластинки солнцу. Сходным образом ведут себя листочки сложных листьев клевера белого, горошка мышиного, кислицы, робинии лжеакации. 137 Перистые листья робинии лжеакации (белой акации) особенно чувствительны к суточным изменениям освещенности и температуры В течение суток листочки их могут несколько раз менять свое положение Утром они располагаются горизонтально, солнечный свет падает на всю поверхность листа. В полдень, когда интенсивность освещения возрастает, они 139 становятся ребром к солнечным лучам. С заходом солнца листочки свешиваются вниз. Медленный, плавный характер многих никтинастий позволяет сделать вывод, что это ростовые движения Если клетки верхней стороны лепестка растут быстрее, венчик раскрывается. Замедление их роста по сравнению со скоростью роста клеток нижней стороны лепестка приводит к закрытию цветка. Этот вывод подтверждается и наблюдениями за способностью к движениям венчиков молодых и старых цветков. 141 В лепестках стареющих цветков клетки заканчивают растяжение, поэтому на изменение условий освещения реагируют слабее Никтинастические движения листьев, а также лепестков некоторых растений представляют собой не ростовые, а тургорные движения Движения листа происходят вследствие быстрого увеличения или уменьшения объема клеток, расположенных у основания органа. Никтинастии — результат совместного влияния изменяющихся в течение суток освещенности и температуры. Большую роль играют также внутренние раздражения — характерный для них суточный ритм движений растения сохраняют, находясь в течение нескольких суток в условиях равномерного освещения и температуры. Задание. Изучите ритмы фотонастических движений венчиков дикорастущих растений, например представителей семейства сложноцветных (ястребинки волосистой, кульбабы осенней, осота огородного). Сравните способность к движению молодых и старых цветков культурных и дикорастущих видов. 55. Термонастии цветка тюльпана Для опыта нужны побеги тюльпанов, комнатный термометр, холодильник, часы. Побеги с полностью раскрытыми цветками положите на нижнюю полку холодильника (около +5°С). Когда цветки полностью закроются, достаньте побеги из холодильника и перенесите в теплое помещение. Занесите в таблицу данные о времени, за которое лепестки открывались и закрывались. 142
Для вывода о механизме этого вида движений проделайте опыт с состарившимися цветками. И в природных условиях цветки тюльпанов, крокусов, галантуса белого (подснежника), портулака крупноцветного в холодные дни не раскрываются. Несомненно, термонастические движения лепестков играют защитную роль, предохраняя завязь и пыльцу от переохлаждения и переувлажнения. И это особенно важно для раннецветущих растений: крокусов, галанту-сов, которые из-за капризов погоды порой могут оказаться под снегом. Задание. Сравните скорость термонастических движений портулака крупноцветного и эшшольции калифорнийской. Выясните зависимость скорости движений венчика от возраста цветков (считая первым днем день раскрытия бутона). 56. Как движутся листья кислицы обыкновенной и робинии лжеакации У небольшой группы растений имеются специализированные — моторные, или двигательные — клетки. Благодаря особому механизму их работы, реакция листочков и чувствительных волосков на раздражающие стимулы может наступать уже через несколько секунд, 143 Эти сейсмонастические движения — ответная реакция растений на толчки, сотрясения (при ветре, дожде, прикосновении насекомых). Наиболее детально изучены движения листьев мимозы стыдливой — полукустарника с двоякоперистыми листьями родом из Бразилии. В нашей стране мимоза выращивается только в оранжереях. У мимозы днем листочки сложного листа и сам лист располагаются горизонтально. Если встряхнуть все растение, происходят одновременно 3 движения: главный черешок отгибается вниз, весь лист повисает, прижимаясь к стеблю; опускаются по направлению к главному черешку 4 листа; листочки сложного листа поднимаются вверх и прижимаются друг к другу (рис. 39). Эти движения у мимозы могут происходить и в медленном темпе, под влиянием смены дня и ночи. Чувствительность мимозы удивительна. Если слегка ударить по какому-нибудь листу, волна возбуждения быстро распространяется по растению и листья начинают поочередно складываться. В белорусской флоре тоже есть, хоть и менее чувствительные, но все же интересные в этом отношении растения — кислица обыкновенная, робиния лжеакация. Для опытов необходимы растения кислицы, листья робинии лжеакации, часы, линейка, лист миллиметровой бумаги. Кислица медленно раскрывает и складывает свои листья и лепестки венчика при смене дня и ночи (никтинастии) и намного быстрее в ответ на резкие механические (сейсмонастии) и температурные (термонастии) воздействия. Чувствительность кислицы по сравне- 144 нию с мимозой значительно ниже, поэтому легкого прикосновения к листу может быть недостаточно. Нужно слегка ударить палочкой по черешку листа. Отметьте начало опыта. Обратите внимание на поведение черешка, трех листочков сложного листа и частей листовой пластинки. Определите скорость реакции листьев на раздражение и скорость возврата в исходное состояние. Г  рафическое изображение движений листочков и их половинок облегчит восприятие и анализ результатов. Методика построения кривых описана в опыте «Наблюдения за движениями венчиков цветков», только интервал времени между двумя измерениями сократите до 1—2 мин. Лучше всего всю сложную систему движений листьев кислицы представить серией фотографий.Исследование реакции листьев кислицы на механическое раздражение показывает, что реакция органа (складывание листьев) протекает немного быстрее, чем восстановление исходного состояния. Это характерная особенность процесса возбуждения всех клеток. Рис. 39. Реакция мимозы стыдливой на раздражение. О  бращает на себя внимание согласованность движений черешка, листочков и половинок листовой пластинки. Координация их обусловлена преобразованием механического раздражения в электрический сигнал. Он быстро распространяется по растению (у мимозы, например, скорость его передвижения около 2 см/с) и доходит до основания черешков. У основания черешка листа и черешков сложных листьев имеются особые утолщения — листовые подушечки (рис. 40) со специализированными моторными (двигательными)Рис. 40. Срез сочленовой подушечки мимозы. 145 клетками. Под влиянием электрических сигналов резко изменяется проницаемость мембран, вода выталкивается из вакуолей в межклетники и клетки быстро теряют тургор. Поэтому сейсмонастические движения относят к группе тургорных движений. Уменьшение или увеличение объема листовых подушечек вызывает опускание и поднятие листьев кислицы, мимозы. К группе тургорных движений относятся и никтинастии сложных листьев робинии лжеакации, различных видов клевера. Убедимся в этом. Лист робинии лжеакации, листовая пластинка которого полностью развернута, поместите на несколько минут в стакан с водой, затем достаньте его и положите на стол. 146 Постепенно происходит обезвоживание листа, в том числе моторных клеток листовых подушечек. В результате начинается движение листочков сложного листа, они поднимаются вверх и складываются. Вновь поставьте лист в воду, пронаблюдайте за восстановлением тургора. Задание. Выясните, существует ли зависимость сейсмонастических движений от возраста листа. 57. Влияние ауксина на закручивание усиков гороха Впервые этот опыт был проведен американским ученым А. Гэлстоном. Для опыта необходимы растения гороха посевного с усиками на листьях, 50 мл раствора ауксина (гетероауксина) концентрацией 150 мг/л, 3 пробирки, 3 чашки Петри, деревянная палочка. Ауксин плохо растворяется в холодной воде, поэтому раствор нужно готовить накануне опыта. Для получения нужной концентрации растворите 8 мг ауксина в 50 мл воды, нагревая до 80—90 °С. Ауксин (гетероауксин) можно приобрести в магазинах бытовой химии. В стоящие в штативе пробирки с водой осторожно, не прикасаясь к усикам, поместите отрезки стебля гороха, несущие листья с молодыми, еще не закрученными усиками. Рядом с пробирками поставьте 3 чашки Петри. В первые две налейте воду, в третью — раствор ауксина. Концы усиков осторожно опустите в подготовленные чашки так, чтобы они не касались края. 147 Усик, находящийся в первой чашке,— контрольный. Если предыдущие этапы работы выполнены аккуратно, то он до конца опыта не закручивается. Нижнюю сторону верхушки второго усика несколько раз слегка потрите палочкой, имитируя соприкосновение усика с опорой. Под влиянием раздражения он начнет постепенно закручиваться. Усик же, опущенный в раствор ауксина, начинает закручиваться самопроизвольно, без дополнительного раздражения. У гороха посевного в усик превращается верхняя часть сложного перистого листа, поэтому, как и лист, усик дифференцирован на верхнюю и нижнюю стороны, различающиеся по строению и свойствам. Поступающие из раствора дополнительные количества ауксина стимулируют рост только верхней стороны, что и приводит к закручиванию усика. Перераспределение ауксина, увеличение его содержания в клетках верхней стороны усика — ответная реакция его на прикосновение. Самой высокой степенью раздражимости обладает верхняя треть усика, причем у гороха — нижняя его сторона. У некоторых растений чувствительность усиков настолько высока, что они могут воспринимать раздражение от прикосновения шерстяной, нитки массой 0,025 мг. Таким образом, результаты проведенного опыта показывают, что закручивание усика гороха посевного регулируется ауксином. 148 Задание. Проведите наблюдения за движениями усиков огурца посевного и тыквы обыкновенной, которые в отличие от усиков гороха являются видоизмененными побегами, т. е. имеют не двустороннюю, а радиальную симметрию. В какой части их усиков располагается зона, воспринимающая раздражение? Одинакова ли чувствительность различных сторон (пометьте одну из них краской)? Какова скорость закручивания усиков? 58. Хмель завивается... Широко распространены у растений круговые или колебательные движения верхушки стебля — нутации. В большей или меньшей степени они характерны для верхушек всех молодых растений, но наиболее отчетливо выражены у вьющихся. Благодаря непрерывным круговым движениям верхушки (у хмеля диаметр круга, описываемого верхушкой, достигает 50 см) растение обвивается вокруг опоры. Направление движения у различных видов не одинаково: для одних (хмель обыкновенный) характерно правое (по часовой стрелке), для других (фасоль многоцветковая, вьюнок полевой) — только левое (против часовой стрелки), у третьих (горец вьюнковый) возможно вращение в обоих направлениях. Любопытно, что у растений преобладает левовинтовое движение. Определите направление и скорость движения верхушки стебля хмеля обыкновенного. Для опыта нужны молодые вьющиеся растения хмеля обыкновенного, картон или фанера (20Х20 см), бумага (20Х20 см), отвес (нитка, к которой за шляпку привязан гвоздь), часы, кнопки. 149 Около стебля растения положите лист картона с приколотой чистой бумагой. В картоне сделайте прорезь, чтобы зафиксировать стебель. К верхушке растения, не касаясь ее, поднесите отвес так, чтобы гвоздь острием почти касался бумаги. Проекцию отвеса отметьте на бумаге карандашом в виде точки и заметьте время Каждые 10—30 мин повторяйте измерения. На бумаге стрелкой укажите направление движения. Окончите опыт, когда верхушка побега завершит оборот. Скорость вращения довольно велика. Например, в одном из опытов верхушка хмеля описала круг диаметром 33 см за 2 ч В основе вращения лежит неравномерный рост клеток внешней и внутренней сторон органа, причем усиление роста идет по оси Нутации — пример автономных, или эндогенных, движений, которые регулируются внутренними процессами, имеющими ритмичный характер, т. н. биологическими часами Задание. Выясните, зависит ли скорость вращения верхушки хмеля от возраста растения, погодных условий. РАСТЕНИЯ ОСЕНЬЮ И ЗИМОЙ Большая часть территории Советского Союза расположена в зоне умеренного и холодного климата, для которого характерны длительные относительно сильные морозы до —20 °С, а в отдельных районах Восточной Сибири до —68 °С. Районов, где совсем бы не было зимы, в Советском Союзе нет. Понижение температуры ниже нуля создает серьезные трудности для выживания растений. У большинства видов ростовые процессы могут идти только в интервале температур от —5 до +55 °С, а фотосинтез и накопление органического вещества—от +5 до +40 °С. Жизнедеятельность растений прекращается зимой потому, что из замерзшей почвы в растения перестают поступать вода и минеральные соли. В периоды длительных морозов гибель тканей растения наступает от повреждающего действия кристаллов льда, образующихся в межклетниках и цитоплазме клеток. Приспособление растений к выживанию в экстремальных условиях шло в процессе эволюции различными путями. 151 Так, однолетние травянистые растения заканчивают свой жизненный цикл до наступления морозов и зимуют в виде семян, клубней, луковиц, находящихся в состоянии покоя. Травянистые многолетники с отмирающими на зиму листьями зимуют в виде заглубленных в почву корневищ (осот полевой, хвощ полевой, пырей ползучий). Многие травянистые растения уходят под снег с листьями, а ранневесенние растения (хохлатка, ветреница) даже способны к подснежному росту. Деревья и кустарники с наступлением холодов переходят в состояние покоя. Листопадные породы предварительно сбрасывают листву. Переход от активного роста летом к глубокому покою зимой происходит постепенно, в течение осеннего сезона. Изменение условий внешней среды, прежде всего продолжительности дня, вызывает перестройку гормонального режима растений: постепенно уменьшается содержание гормонов, стимулирующих рост, и увеличивается количество ингибиторов роста (этилена, абсцизовой кислоты). Не случайно абсцизовую кислоту называют гормоном стресса, а этилен — гормоном старения. Увеличение содержания ингибиторов роста приводит к снижению интенсивности обмена веществ и постепенной остановке роста. Формируются приспособления, повышающие устойчивость растений к морозам: сбрасывание листвы, накопление Сахаров и других водорастворимых веществ, обезвоживание клеток, переход растений в состояние покоя. 152 | ||||||||||||||||||||