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.
|
|
ЛИСТОПАД И ВЕТВЕПАД Характерной чертой осеннего состояния природы является, конечно, листопад, а у некоторых растений — и ветвепад. Отделение листа происходит в области специализированной ткани, где у основания черешка формируется отделительный слой толщиной в 2—3 клетки. У одних растений под действием ферментов пектиназ, синтезирующихся к этому времени в клетках отделительного слоя, растворяется межклеточное вещество, соединяющее клетки. У других — кроме пектиназ, синтезируется еще и фермент целлюлаза. Он расщепляет целлюлозу клеточных оболочек, что приводит к растворению клеток. Результат — желтые листья под ногами, иногда целые ветви, оказавшиеся «лишними». 59. Искусственный листопад Для опыта нужны 2—4 побега караганы древовидной или робинии лжеакации, несколько зрелых яблок, 2 стеклянных колпака, 2 стакана. В стаканы с водой поместите по 1—2 побега караганы древовидной. Листья должны быть зелеными, без признаков пожелтения, но не слишком молодыми (среднего и нижнего ярусов), так как этилен проявляет свое действие при предрасположенности ткани, в данном случае черешка, к старению. Накройте стака- 153 ны колпаками. Под один из них положите несколько зрелых яблок Через 5—6 дней в варианте опыта с яблоками начнется пожелтение и опадение боковых листочков сложного листа. Несколько позже опадет и главный черешок В другом варианте листья остаются зелеными. Результаты опыта позволяют сделать вывод, что газообразные выделения зрелых яблок стимулируют образование отделительного слоя в черешке и преждевременное опадение листьев. Как мы уже знаем, этим газообразным веществом является этилен. Он синтезируется в околоплоднике в период созревания плодов, где стимулирует накопление сахаров, разрушение хлорофилла и синтез антоцианов, а также распад соединяющего клетки межклеточного вещества. У яблонь синтез этилена созревающими плодами и выделение его через межклетники усиливается после сбора плодов Поэтому для проведения описанного опыта яблоки более удобны, чем другие сочные плоды. Помимо созревания плодов, этилен, как показывают результаты проведенного опыта, регулирует и опадение листьев. Задание. Выясните, стимулируют ли образование отделительного слоя плоды других видов растений, например, томатов, земляники садовой, черники. Изучите влияние этилена на продолжительность жизни листьев комнатных растений. При этом имейте в виду, что у этих растений листопада может и не быть. Довольно часто о гибели листьев свидетельствует их побурение. 154 60. Опадение листьев под влиянием табачного дыма Для опыта нужны 2—4 побега караганы древовидной, 2 стеклянных колпака, табак, чашечка для сжигания табака, 2 стакана. В стаканы с водой поставьте по 1—2 побега караганы. На них должны быть не только молодые (верхушечные), но и более старые листья среднего и нижнего ярусов. Вместо побегов караганы древовидной (у нее сочленения боковых листочков сложных листьев реагируют на увеличение содержания этилена в воздухе) можно использовать побеги любых комнатных растений. Накройте стаканы стеклянными колпаками. Под одним из них сожгите часть сигареты. Воздух под колпаком заполнится табачным дымом. Нужно позаботиться о том, чтобы не было утечки дыма из-под стеклянного колпака (поставить растение и колпак на подставку из стекла). Наблюдая за растениями, убедитесь, что у побегов, находящихся в атмосфере табачного дыма, через несколько дней начинается опадение листочков сложных листьев (рис. 42). Табачный дым неблагоприятно действует не только на растения. В нем содержится бо- лее 90 органических веществ, многие из которых оказывают на организм человека еще более сильное отрицательное воздействие, чем никотин. Например, содержание ацетона в табачном дыме превышает допустимые для человека дозы в 74 раза, содержание таких активных канцерогенов, как бензпирен, стирол, превышает допустимые дозы в 1037 раз, 2-метил -пропаналя — в 513 раз. Среди веществ, кото- 155 Р  ис. 42. Влияние табачного дыма на листопад робинии лжеакации.рые выделяются при сгорании табака, есть и этилен. Именно он воздействует на клетки черешков листьев, вызывая преждевременное формирование отделительного слоя и опадение листьев. Результаты изучения влияния газообразных выделений плодов и табачного дыма показывают, что первыми начинают опадать нижние, более старые листья. Это связано с тем, что в молодых органах велико содержание ауксина, листья прочно удерживаются на побегах и клетки отделительной ткани черешков медленнее реагируют на увеличение содержания этилена. Осень — пора массового листопада. Следовательно, растения получают 156 какой-то общий для всех сигнал, по которому начинает формироваться отделительный слой в черешках листьев. Если растение по какой-то причине такого сигнала не получит, морозы застанут его неподготовленным к зиме. В условиях Белоруссии не успевает сбросить листву до наступления холодов робиния лжеакация, погибают от морозов в фазе активного цветения георгины культурные, хризантемы. Установлено, что переход древесных растений от активной вегетации к зимнему покою регулируется изменением продолжительности светового периода в течение суток. Если в июле в средних широтах продолжительность дня составляет 16—17 ч. то в сентябре она уменьшается до 11—14 ч. а в октябре — до 9—11 ч. Задание. Попытайтесь изучить взаимосвязь уменьшения продолжительности светового дня и перехода растений в состояние покоя. 61. Береза — растение комнатное! Для опыта нужны семена березы бородавчатой, светоустановка для дополнительного освещения растений, горшки с почвой. Соберите осенью семена березы бородавчатой. Весной посейте их в горшки. Через год разделите их на 2 группы по 4—6 растений в каждой. Растения первой группы выращивайте при естественном освещении (контрольные растения). Саженцам второй группы создайте условия постоянного длинного дня—15 и более часов освещения 157 в сутки. Для соблюдения этого условия, начиная с середины августа, дополнительно подсвечивайте растения в течение 1—3 ч. Опыт продолжайте до начала листопада у берез в природных условиях. Если условия освещения соблюдены, березы, выращиваемые в условиях длинного дня, к листопаду не приступят, хотя у другой, контрольной группы, пожелтение и опадение листьев произойдет одновременно с растениями в природе. Прекратив дополнительную подсветку, переведите растения на характерный для данного месяца короткий день. Под влиянием короткого фотопериода в черешках листьев сформируется отделительный слой, листья опадут. Продолжите опыт. Контрольные растения, успешно и вовремя закончившие листопад, разделите на 2 группы. Растения одной из них пересадите из горшков в почву, а вторую оставьте зимовать в тепле. В конце апреля — начале мая у деревьев, растущих вне помещения, начнут распускаться почки, а комнатные березки по-прежнему будут оставаться в состоянии покоя, без листьев, Вывести их из этого состояния можно только длительным, в течение 2-3 месяцев, воздействием низких температур. Таким образом, выращивать березу в домашних условиях очень сложно. Листопад — обязательный этап онтогенеза всех листопадных видов растений. Главное условие его начала — укорочение светового дня, которое является сигналом приближения зимы. Обычно для формирования отделительного слоя в черешках 158 листьев растениям достаточно 10—15 коротких дней. Возникает вопрос: каким образом растения определяют продолжительность дня? Восприятие действия света осуществляется голубоватым пигментом фитохромом. Фитохром локализован в поверхностной мембране клетки, эндоплазматической сети и других мембранах. Общее количество фитохрома в клетках ничтожно по сравнению с содержанием хлорофилла. Фитохром — регуляторный пигмент, который координирует прохождение растением практически всех этапов онтогенеза, в том числе листопада и перехода в состояние покоя. В мембранах клетки фитохром находится в двух взаимопревращаемых формах. Одна форма голубого цвета имеет максимум поглощения в светло-красной области спектра с длиной волны 660 нм (Ф660), а вторая — в темно-красной области спектра с длиной волны 730 нм (Ф730). При освещении светло-красным светом Ф660 превышается в Ф730, который малоустойчив и в темноте постепенно возвращается в исходную форму Ф660. Более быстро возврат происходит при освещении растений темно-красным светом (длина волны 730 нм). Свет волны длиной 730 нм — это дальние красные лучи, граничащие с невидимой инфракрасной частью спектра, поэтому одна форма фитохрома получила название фитохром 730 дальний красный (Фдк), а другая форма—фитохром 660 красный (Фк). Таким образом, в течение дня в листе постепенно накапливается фитохром дальний красный. 159 Именно эта форма является физиологически активной. Ее количество определяется продолжительностью дня. Когда количество активной формы фитохрома достигает критического уровня для данного вида, происходит переход от одного этапа развития к другому. В данном случае идет усиление синтеза этилена, ферментов, формирующих отделительный слой, и, в конечном итоге, опадение листьев, переход растений в состояние покоя (рис. 43). У каждого вида растения своя критическая длина дня, приводящая в действие фитохромную систему. Причем, как выяснилось, главную роль играет не продолжительность светового периода как таковая, а именно укорочение его. Поэтому, хотя все особи одного вида приступают к листопаду практически одновременно, у разных видов эти сроки различны, но не случайны. Критическая длина дня обусловлена климатическими условиями, в которых данный вид в процессе эволюции сформировался. Переход в состояние покоя должен начаться не слишком рано, так как это приведет к истощению растения, но и без опоздания, чтобы перестройка организма закончилась к моменту наступления неблагоприятных условий. В субтропиках СССР, на юге Европы благоприятные климатические условия позволяют начать подготовку к зиме значительно позже, чем в средней полосе. Поэтому южные виды, выращиваемые в условиях средней полосы СССР, например робиния лжеакация, хризантемы, не начинают этой подготовки до тех пор, пока длина дня не уменьшится до критической 160 величины. И конечно, запаздывают: листья их остаются зелеными до первых морозов. Интересно, что деревья, растущие возле уличных фонарей, осенью дольше остаются зелеными, что объясняется увеличением продолжительности светового периода в течение суток. З  адание. На чернике, голубике изучите зависимость наступления листопада от продолжительности дня.Рис 43 Отделительный слой у основания листового черешка. 62. Как сохранить естественную окраску засушиваемых цветов Искусственное прекращение жизни растения до формирования отделительного слоя лежит в основе приготовления зимних букетов. Чтобы сохранить осенние ветки с красиво окрашенными листьями, осторожно прогладьте листья и черешки горячим утюгом через бумагу. Если отделительный слой еще полностью не сформирован, проглаженные листья будут долго держаться на ветках. Тот же принцип лежит в основе метода объемного засушивания цветков в горячем песке. Помимо температурного воздействия, для приготовления объемных букетов можно применить другие приемы. 161 Для опыта нужны цветущие побеги роз, астр, хризантем и других растений с плотными мелкоцветными соцветиями, ящик (сосуд), который можно плотно закрыть, ложечка для сжигания серы. Свежесрезанные побеги свяжите попарно и подвесьте «головками» вниз в хорошо закрывающемся ящике. Удобно проводить опыт в пустом аквариуме или под стеклянным колпаком. В ящик внесите горящую серу. Сернистый газ обладает раздражающим действием, поэтому при выполнении опыта необходимо соблюдать правила техники безопасности: опыт проводить в хорошо проветриваемом помещении, под тягой или вне помещения. После того как ящик заполнится сернистым газом, закройте его крышкой. Через несколько часов под действием SO2 сначала обесцвечиваются антоцианы цветков (они становятся белыми), затем погибают клетки. Извлеките побеги из ящика (растения с травянистыми стеблями выдерживайте меньше, с одревесневшими — дольше) и развесьте для проветривания и сушки в хорошо вентилируемом, затененном месте. По мере улетучивания сернистого газа восстанавливается окраска цветков. Так как ткани лепестка погибли в результате обработки, далее при высушивании цветков отделительный слой уже не образуется и лепестки не опадают. Для лучшего сохранения формы высохшего соцветия его можно периодически переворачивать. К концу высушивания цветки уменьшаются в объеме, но сохраняют свой цвет и форму. 162 63. Влияние листовой пластинки на длительность жизни черешка Было установлено, что листовая пластинка играет важную роль в формировании отделительного слоя в черешке. Для опыта нужен горшок с комнатным растением (пеларгония зональная), ауксиновая паста. Выберите на растении несколько (по 4— 6) молодых и старых листьев, причем лучше использовать верхние и нижние листья одного побега. На выбранном побеге (чем он длиннее, тем больше разница в возрасте между верхними и нижними листьями) удалите у половины листьев листовые пластинки, оставив на стебле черешки. Делайте это так, чтобы по всей длине побега обрезанные листья чередовались с неповрежденными. Через 2—3 недели станут заметны результаты опыта. Оставшиеся без листовой пластинки черешки постепенно начинают желтеть и опадать. Причем не все одновременно, а последовательно, в соответствии с возрастом: сначала старые, затем более молодые. Отметьте дату опадения каждого черешка, занесите данные в таблицу. У контрольных листьев никаких видимых изменений не происходит. Они. продолжают оставаться зелеными, прочно удерживаются на стебле. Таким образом, результаты опыта показывают, что вещества, поступающие в черешок из листовой пластинки, регулируют срок образования в нем отделительного слоя. Казалось бы, черешки должны жить и без 163 листовой пластинки. Клетки черешков содержат хлоропласты, в которых идет процесс фотосинтеза, образуются органические вещества в количестве, достаточном для их питания. Однако, взаимодействие листа и черешка более сложное. Результаты описанного ранее опыта «Искусственный листопад» показывают, что скорость формирования отделительного слоя у основания черешков регулируется количеством этилена в них. Продолжительность жизни черешка без листовой пластинки значительно короче, следовательно, в изолированном черешке ускоряется синтез этилена и формирование отделительного слоя. Важную роль в торможении синтеза этилена в отделительной ткани черешка играет ауксин, который синтезируется в делящихся клетках листьев и поступает в черешки. Стареющие листья вырабатывают .ауксина меньше, что приводит к изменению количественного соотношения ауксина и этилена в пользу последнего. Поэтому черешки старых листьев опадают быстрее. Чтобы убедиться в роли листовой пластинки как источника ауксина, несколько видоизмените опыт. На новом побеге удалите у части листьев, чередуя, листовые пластинки. Срезы половины черешков смажьте ауксиновой пастой (методика ее приготовления описана в опыте № 31). Наблюдения показывают, что обработанные черешки опадают позже. Ауксин заменяет черешкам листовую пластинку. Задание. Летом и осенью изучите влияние удаления листовой пластинки на опадение черешков у листопадных деревьев и кустарников. 164 64. Получение растительного волокна Упавшие на влажную землю осенние листья, как и отмершие стебли однолетних растений, постепенно чернеют под действием ферментов, выделяемых почвенными бактериями и грибами. Происходит разрушение тканей и клеток органов. Распад идет в определенной последовательности: сначала отмирает межклеточное вещество, которое соединяет соседние клетки, затем оболочки и протоплазма. Клетки сосудов и механических волокон, входящих в состав жилок листьев, благодаря толстым клеточным оболочкам более устойчивы. Поэтому поздней осенью и ранней весной в лужицах на лесных дорогах, в парках, как только сойдет снег, можно найти черные листья, у которых мягкие ткани перегнили и остался только кружевной «скелет» (рис. 44). Неодновременность разложения микроорганизмами паренхимных клеток и жилок издавна использовалась человеком для получения из растений волокон и изготовления тканей. Растительные волокна — это длинные клетки с очень толстой клеточной оболочкой, образующие механическую ткань растения. Волокна входят в состав проводящих пучков стеблей, корней, листьев прядильных растений. Самое распространенное из них в Белоруссии — лен, из стеблей которого получают очень тонкое и прочное волокно. В стеблях конопли посевной волокно более толстое, ломкое, поэтому оно используется для изготовления веревок, канатов, парусины. Еще более грубое, но прочное волокно дают стебли джута длиннолистного, выращиваемого в Индии. Оно используется для изготовления мешковины. 1  65Рис. 44. «Скелет» листа. Древнейшим прядильным растением была крапива двудомная. Из ее волокон делали прочные нитки для изготовления чулок, полотна. Хорошо известна сказка о девушке, которая, чтобы спасти братьев от злых чар, должна была в короткий срок сплести рубашки из крапивы. Хлопковое волокно (составляет более 50% мирового производства волокна) — длинные и прочные волоски, окутывающие семена хлопчатника. Волокно можно получить из некоторых растений с длинными листьями, имеющими дуговое и параллельное жилкование. Например, из листьев банана волокнистого получают манильскую пеньку, которая идет на 166 изготовление веревок, мешковины. Из листьев агавы американской — волокно «сизаль», используемое на веревки, шпагат, ковбойские лассо. На острове Шри Ланка в этих целях получают волокно из листьев сансевьер, а в южной Америке — из листьев алоэ. Крапиву для прядильных целей заготавливают, как и лен, в конце августа — сентябре, когда созрели семена, стебли приобрели желтый или темный цвет. Срезанные стебли подсушите в течение нескольких дней, чтобы было легче удалить листья, свяжите в пучки и погрузите в речную или прудовую воду. В ней всегда имеются микроорганизмы, способные к разложению органического вещества (от 10 до 400 тыс. бактериальных клеток в 1 мл воды). Водопроводной же воде нужно дать отстояться несколько дней для удаления остатков дезинфицирующих веществ. Постепенно под действием ферментов, вырабатываемых водными микроорганизмами, происходит разложение межклеточного вещества. Спустя 1—2 недели волокна уже легко отделяются от остальных клеток стебля. Описанный способ получения волокна из стеблей крапивы — вариант так называемой водяной мочки стеблей прядильных растений. При этом мацерация (разъединение клеток в результате разрушения межклеточных пластинок) осуществляется анаэробными бактериями. Главная роль принадлежит бактериям Clostridium pectinoforum. Название означает, что бактерии способны к расщеплению пектиновых веществ — основного компонента межклеточного вещества. Образующиеся растворимые углеводы расходуются 167 бактериями на процессы брожения и роста. Познакомимся поближе с этими бактериями. Мертвые перегнивающие ткани растений несут огромное количество разнообразных бактерий. Чтобы выделить нужную группу, надо поставить опыт так, чтобы в питательной среде мог развиваться только один, интересующий исследователя вид бактерий. Для опыта приготовьте снопик крапивы высотой 5—6 см, составленный из нескольких стебельков, пробирку, микроскоп, предметное и покровное стекла, раствор Люголя. Перевяжите снопик нитками в двух местах, поместите в большую пробирку, залейте полностью водой и прокипятите в течение 10 мин. Смысл этого этапа работы в удалении из клеток растворимых веществ, которые могут быть использованы для питания посторонними бактериями. Воду слейте, а снопик залейте новой порцией воды и прокипятите еще раз в течение 10 мин. При кипячении из воды удаляется кислород. Пробирку закройте ватным тампоном и поставьте на 6—7 дней в теплое место (25— 30 °С). На поверхности стеблей крапивы, льна и других растений всегда имеются споры пектиноразрушающих бактерий. Они образуются в бактериальных клетках при наступлении неблагоприятных условий. При кипячении споры не погибают, и в питательной среде уже через несколько часов из них вырастают жизнеспособные, активно делящиеся клетки. Постепенно в пробирке начинается процесс брожения пек- 168 тиновых веществ, в результате которого образуется масляная кислота (имеет характерный запах прогорклого масла), углекислый газ и водород. От выделяющихся газов жидкость пенится. Полностью брожение заканчивается через 1,5—2 недели. Для изучения морфологии бактерий через 3—5 дней достаньте снопик из пробирки и отожмите каплю жидкости на предметное стекло. Добавьте каплю раствора Люголя, накройте покровным стеклом и рассмотрите под микроскопом на большом увеличении. На препарате видны крупные палочковидные клетки, окрашенные йодом в синий цвет. Проведя эти наблюдения, вы убедитесь, что разложение растительных остатков происходит при активном участии микроорганизмов. Мацерация тканей под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами,— процесс достаточно длительный. В лабораторных условиях ее можно провести быстрее, используя искусственные способы разрушения пектиновых веществ межклеточных пластинок. Примените их для получения волокон из листьев комнатных растений: сансевьеры трехполосной, агавы американской, алоэ древовидного, куркулиго наклонен-ного. Самый простой способ — механический. Вот описание древнейшего метода получения волокна из листьев сансевьеры из книги Н. Верзилина «Путешествие с домашними растениями»: «Сансевьера растет в диком виде на острове Цейлон (совр. назв. Шри-Ланка.— Прим. ред.), но возделывается с древних пор в Индии как 169 волокнистое растение. Индусы добывают волокна вручную. Положив лист сансевьеры на доску, прижимают ее ногой, а руками сдирают часть листа до волокна». Частичное разрушение пектиновых веществ происходит при кипячении листьев в воде. Из обработанных таким образом листьев волокна легко выделить вручную или вычесать гребнем. Мацерация пройдет быстрее, если лист или часть его осторожно прокипятить в течение 5 мин в 1-процентной НС1. После пребывания листа в соляной кислоте тщательно промойте его водой и, подложив ткань, выбейте мякоть осторожными ударами жесткой щетки либо вычешите гребнем с редкими зубьями. 170 Волокна, полученные из листьев и стеблей, имеют сероватый цвет, из них можно сплести веревочку, изготовить полотно. Задание. Соберите осенью стебли льна, конопли, выделите волокна, сравните их длину и эластичность. |