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.

Графическое 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.

 

Обращает 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

 

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

Рис. 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 (Ф_дк), а другая форма—фитохром 660 красный (Ф_к).

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.

Задание. 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.

165

Рис. 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.

 

 

ОСЕННИЕ КРАСКИ

 

Непременный признак осени — изменение цвета листвы, которое совпадает с началом формирования отделительного слоя. У каждого вида растений своя, характерная окраска листвы. У ольхи, робинии осенняя окраска выражена слабо. Листья липы — желто-зеле­ного цвета, тополей и берез — желтого. Прекрасны окрашенные в красные тона листья дуба красного, ирги канадской, гру­ши обыкновенной, бересклета европейского.

Это многообразие оттенков обусловлено различным сочетанием в осенних листьях трех групп пигментов: желто-оранжевых каротиноидов, зеленых хлорофиллов и красных антоцианов.

Изменение окраски листьев всегда начи­нается с прекращения синтеза хлорофилла. Имеющийся в хлоропластах хлорофилл на­чинает постепенно разрушаться: у одних видов —полностью (листья дуба), у других—ча­стично (слива).

В хлоропластах зеленых листьев всегда присутствуют 2 группы пигментов: зеленые

171

хлорофиллы и желто-оранжевые каротиноиды. Каротиноиды маскируются хлорофиллом, по­этому в зеленых листьях не заметны. В отли­чие от хлорофиллов, каротиноиды более устойчивы, осенью распад их идет гораздо мед­леннее, а у некоторых видов количество их да­же возрастает. В конечном итоге цвет листа будет зависеть от того, способен ли данный вид к синтезу в листьях антоцианов.

У деревьев и кустарников, не образующих в листьях антоцианы, в результате осеннего рас­пада хлорофилла становятся заметными каротиноиды, листья приобретают различные оттенки желтого, желто-зеленого цвета.

 

65. Влияние условий освещения на пожелтение листьев

Различные факторы внешней среды (освещенность растений, температура воздуха, водоснабжение) оказывают влияние на окрас­ку листьев. Например, в зависимости от погод­ных условий цвет листьев клена меняется от желтого до пурпурно-красного.

Для опыта нужны листья нижних ярусов настурции большой, которые уже закончили рост, но еще не имеют внешних признаков старения, стакан, лист черной бумаги.

Половину листовой пластинки закройте с двух сторон черной бумагой. Лист помести­те в стакан с водой и поставьте в хорошо осве­щенное место. Спустя 4—5 дней снимите бума­гу, сравните цвет половинок листа. Хорошо за­метны различия в окраске: освещенная часть зеленая, а затемненная — желтая.

172

Результаты опыта свидетельствуют, что снижение интенсивности и продолжительности освещения листьев ускоряет распад молекул хлорофилла в хлоропластах.

У разных видов растений скорость распада хлорофилла различна. Это проявляется в неодновременности развития осенней окра­ски. Например, у шелковицы белой разру­шение хлорофилла происходит медленно, в течение 60 дней, а у магнолии быстрее — за 35 дней.

Задание. Сравните устойчивость хло­рофилла в листьях различных видов расте­ний, в молодых и старых листьях.

 

66. Необходимость кислорода для разрушения хлорофилла

Стареющий, но еще сохранивший зеленый цвет лист любого светолюбивого растения опустите в стакан с водой так, чтобы только половина его находилась под водой.

Для этого закре­пите лист в прорези укрывающей стакан плотной бумаги или пропитанной пара­фином марли. Ста­кан поставьте в темное место.

Через 3—5 дней станут заметны раз­личия в окраске листа: находившая-

 

Рис. 46 Необходимость кислорода для разрушения хлорофилла.

 

ся в воде часть сохранит зеленый цвет, дру­гая—пожелтеет (рис. 46).

Уменьшение скорости распада хлорофилла в той части листа, которая находилась в воде, свидетельствует, что в разрушении хлорофилла важную роль играет процесс дыхания. Содер­жание кислорода в воде намного ниже, чем в воздухе.

 

67. Искусственная осень

Многие виды растений одновременно с распадом хлорофилла синтезируют и накап­ливают в вакуолях клеток красный пигмент антоциан. У таких растений цвет листьев бу­дет определяться сочетанием желто-оранжевых каротиноидов, красных антоцианов и оста­точных количеств хлорофилла.

Ярко-красная окраска листьев бывает, однако, далеко не каждую осень у тех видов, для которых она характерна. Необходимы определенные условия: ясная солнечная по­года, достаточно высокие дневные темпера­туры, прохладные ночи.

В ясные солнечные дни в листьях еще довольно интенсивно идет процесс фотосин­теза, накапливаются углеводы, но отток орга­нических веществ из листа затруднен как пониженными ночными температурами, так и началом формирования отделительного слоя. В листе накапливается некоторый избыток Сахаров, которые и способствуют синтезу ан­тоцианов.

Для опыта нужны растущие в естественных условиях растения, синтезирующие антоцианы в листьях: виноград девичий пятилисточковый,

 

Рис. 47. Искусственная осень.

174

дерен красный, клен остролистный, гру­ша и др.

В конце июля — начале августа на побеге растения сделайте поперечный, надрез при­мерно на 2/3 древесины

Спустя 2—3 недели сравните цвет листь­ев на надрезанном и неповрежденном по­бегах

Листья, расположенные на побеге выше надреза, приобретут ярко-красную окраску, тогда как на остальном растении они сохранят зеленый цвет (рис 47) Причина преждевре­менного усиления синтеза антоцианов в избы­точном накоплении Сахаров в листьях, распо­ложенных выше надреза

Задание Перерезав центральную жил­ку, изучите зависимость между накоплением углеводов и синтезом антоцианов на старею­щих, но еще сохранивших зеленый цвет листь­ях дуба красного, груши обыкновенной, вино­града девичьего

Условия освещения влияют на накопле­ние Сахаров и, в свою очередь, на синтез анто­цианов, образующихся не только в листьях, но и в созревающих плодах некоторых видов растений Проверьте эту зависимость на пло­дах яблонь.

 

68. Надписи и рисунки на плодах

Для опыта нужны красноокрашенные яб­локи, темный чехол с вырезанным рисунком или темная изолента.

Опыт проводите в саду в июле — августе, когда рост плодов уже заканчивается, но цвет еще остается зеленым В этот период клетки плода приобретают способность к синтезу ферментов, необходимых для

176

образо­вания антоцианов из Сахаров.

Наденьте на яблоко чехол. Можно прикре­пить к плоду фигурку из темной бумаги или изоленты.

Чехол остается на плодах до того времени, пока не покраснеют остальные плоды на дере­ве Снимите чехол, убедитесь, что антоцианы образовались только в тех местах, на которые падал свет. Затененные места приобрели бледно-желтый цвет

Результаты опыта свидетельствуют, что для образования антоцианов нужен свет. В садах довольно часто можно видеть плоды, на поверхности которых видны светло-желтые от­печатки листа, затенявшего созревающий плод. У многих деревьев, например клена остро­листного, груши обыкновенной листва крас­неет только на той стороне, которая лучше ос­вещена, а в дождливую осень с обилием пасмур­ных дней остается желтой

Задание Проведите опыт с листьями растений, синтезирующими значительные количества антоцианов (дуб красный, груша обыкновенная, виноград девичий, ирга канад­ская).

 

69. Тайны созревающих плодов

Созревание плодов — характерная примета осени Любой плод состоит из семян и около­плодника. Семена образуются из оплодотво­ренных семяпочек, а околоплодник — из раз­росшейся стенки завязи

Соответственно выделяют 2 этапа созрева­ния плодов Первый связан с формированием и созреванием

177

семян. Семяпочки в неоплодотворенной завязи очень маленькие. После оплодотворения семя начинает расти, в нем формируется зародыш, эндосперм (или утол­щаются семядольные листочки зародыша), семенная оболочка. К концу созревания семена обычно переходят в состояние покоя, поэтому для опыта мы предлагаем рожь и томаты, се­мена которых не имеют длительного периода покоя.

Второй этап — рост и созревание около­плодника. Маленькая завязь превращается в большой плод. Например, плоды томатов про­ходят всем хорошо знакомый путь от малень­ких и очень зеленых до крупных зеленых. За­тем рост прекращается, плоды белеют и через небольшое пожелтение переходят к красно-оранжевому цвету.

Что происходит в плодах? Почему около­плодник не растет безгранично? Что регулирует его рост? Почему семена не прорастают внутри плода? На все эти вопросы попытаемся дать ответ.

           I часть опыта. Как растет околоплодник? Для роста и деления клеток обязательно нужен источник гормонов роста. В растении эти гормоны, конечно, образуются, но к периоду цветения и образования плодов способность растительных тканей к их синтезу значительно снижается. Поэтому вегетативные части рас­тений не могут служить источником гормонов роста для плодов. Эта закономерность до­статочно очевидна: из массы цветков дают пло­ды только те, которые были оплодотворены, в которых начал развиваться зародыш. Заро­дыш — очень молодое растение, все его клет­ки — места интенсивного образования гормо-

178

нов. Синтезирующиеся в зародышевом кореш­ке, стебельке, листочках гормоны поступают в клетки завязи, где стимулируют их деление и рост.

Чтобы убедиться в роли семян для разрас­тания завязи, попробуйте удалить семена и посмотрите, что произойдет с созревающими плодами. Чаще семена находятся внутри плода и проделать такую операцию, не по­вредив плодов, невозможно. Выбор растений, у которых семена находились бы на поверх­ности плода, невелик: земляника лесная или садовая. У этих растений ягода представ­ляет собой разросшееся цветоложе, на поверх­ности которого находятся мелкие сухие плодики (орешки). Такие образования называют ложными плодами.

Для опыта понадобятся 9 совсем зеленых молодых плодов. В опыте 3 варианта. Пер­вый — контроль, для него отберите 3 плода. Обязательно повесьте на плодоножку эти­кетку — небольшую пластинку из пластмассы на нитке. Подпись делайте мягким простым ка­рандашом.

У трех плодов, отобранных для второго вари­анта, очень осторожно иглой или крючком сни­мите плодики с одной половины земляничины.

В третьем варианте снимите все орешки с поверхности завязи.

Экспериментальная часть на этом заканчи­вается. Остается только внимательно наблю­дать за ростом ягод и в конце опыта зарисо­вать либо сфотографировать плоды. Опыт закончен, когда созреют плоды контрольной группы растений. Сравните их размеры, форму с опытными ягодами. В контрольной группе

179

они значительно крупнее, имеют правильную, округлую форму. Плоды с удаленными с одной стороны семенами вырастают однобокими. С той стороны, где семян нет, завязь не разрастается. В третьем варианте размеры завязи остаются теми же, что и в начале опыта. Результаты сви­детельствуют, что разрастание мякоти пло­да регулируется ростовыми веществами, по­ступающими из семян.

Задание. Осенью соберите в саду не­сколько округлых и неправильной формы пло­дов яблони, груши. Разрежьте. Сравните количество зрелых семян со степенью раз­вития мякоти.

II часть опыта. Когда заканчивается со­зревание семян?

Эти наблюдения лучше провести с рожью либо с мелкоплодными кистевидными сорта­ми томатов.

Суть опыта в том, чтобы через определен­ные промежутки времени, например через 6—10 дней (начав опыт как только можно бу­дет выделить семена из плода), отбирать семе­на для проверки их способности к прораста­нию. Выделенные семена промойте водой и разложите на влажной фильтровальной бума­ге. Для удобства сравнения результатов же­лательно брать одинаковое количество семян в каждом опыте либо вычислять всхожесть в процентах. Опыт продолжайте до сбора уро­жая. Охарактеризуйте внешний вид плодов, их вкусовые качества.

Результаты опыта убеждают, что созрева­ние семян и околоплодника происходит неодно­временно, но взаимосвязанно. Созревание семян заканчивается гораздо раньше. По вре-

180

мени оно совпадает с началом изменения окра­ски плода, например с зеленой на красную у то­матов. Одновременно прекращается рост пло­да, так как созревшие семена, как и стареющие растения, перестают синтезировать гормоны роста. У сухих плодов околоплодник засыхает, а у сочных начинается интенсивный процесс его созревания, в ходе которого происходят изменения, делающие плод привлекательным для животных: плоды меняют маскирую­щий их зеленый цвет на более яркий, кислый вкус на сладкий, твердую консистенцию на мягкую.

III часть опыта. Почему семена не прора­стают внутри плода?

Если семена полностью созревают до окон­чания созревания плода», то почему они не прорастают внутри его?

Для опыта необходимы созревшие томаты. Из плодов выделите семена и отожмите сок. Се­мена тщательно промойте, чтобы отделить от них слизистую оболочку. Можно, как это обыч­но делают при получении семян томатов, залить их водой и оставить на несколько дней.

Опытные семена разделите на 2 части. Одну поместите в чашке Петри на фильтроваль­ной бумаге, смоченной водой, другую — на фильтровальной бумаге, смоченной соком, вы­жатым из зеленых плодов. Через несколько дней семена в первом варианте начнут про­растать, тогда как семена, находящиеся на фильтровальной бумаге, смоченной соком пло­дов, останутся непроросшими. Следовательно, в мякоти плодов находятся вещества, тормозя­щие прорастание семян — ингибиторы роста. Если плоды имеют плотную

181

оболочку, как, например, у тыквы, то в процессе хранения про­исходит постепенное разрушение ингибиторов, и семена начинают прорастать внутри плода.

 

ПОКОЙ — ЭТО ТОЖЕ ЖИЗНЬ

 

После созревания плодов и семян у расте­ний наступает период покоя, когда резко сни­жаются скорость роста и интенсивность об­мена веществ. Но все же жизнь растений про­должается.

В течение лета в листьях накапливается много органических и минеральных веществ, в том числе таких важных для растений, как азот, фосфор, калий. Несмотря на то что.над каждым квадратным метром земной поверх­ности находится 7, 5 т молекулярного азота, усваивать его, использовать на построение бел¹' ков и других азотсодержащих веществ много­клеточные растения не могут. Содержание минеральных азотистых веществ в почве край­не мало, а органические формы азота растения усваивают слабо. Вынужденные всю жизнь экономить питательные вещества, растения перед сбрасыванием старых листьев, а тем более перед полным удалением листвы в пери­од листопада, повторно используют многие со­держащиеся в старых листьях вещества. Под влиянием специально образующихся к этому времени ферментов белки старых листьев рас­падаются до

182

аминокислот, крахмал — на растворимые сахара, освобождаются фосфор, калий. По ситовидным трубкам они оттекают из отмирающих листьев либо к молодым побегам, если растение еще молодо, либо к запасающим органам (древесине, корням, клубням, лукови­цам), если растение готовится к переходу в со­стояние покоя. В сущности опадает не тот, наполненный жизнью лист, что мы видели ле­том, а лишь оболочка его.

 

70. Много ли питательных веществ в опавших листьях

Убедиться в способности растений эко­номить питательные вещества можно с по­мощью метода крахмальной пробы.

Для опыта нужны раствор Люголя, 50—100 мл 96-процентного этилового спирта.

Осенью с одного растения сорвите 2 лис­та: один с верхушки побега, зеленый, другой — у основания, желтый. Прокипятите листья в воде до полного отмирания клеток, затем выдержите в горячем спирте (на водяной бане) для удаления пигментов. Обесцвеченные листья обработайте раствором Люголя. Раз­ница в окраске старых и молодых листьев оче­видна: молодой лист под действием йода окра­шивается в синий цвет, а старый остается жел­тым. Посинение листа происходит в результате взаимодействия йода с крахмалом, следова­тельно, желтые, опадающие 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-, дву-, многолетники).

183

В клетках стебля и корня из растворимых сахаров снова синтезируется крах­мал. Разумеется, далеко не все вещества листьев повторно используются растением, например, избыточные количества солей каль­ция остаются в листьях и удаляются таким образом из растения.

Продолжите опыт и проследите за крах­малом, который после опадения листьев накап­ливается в стебле.

 

71. Судьба запасного крахмала

Для опыта нужны ветки липы мелколист­ной или березы бородавчатой, раствор Люголя.

Осенью запасной крахмал скапливается в виде крахмальных зерен в живых клетках древесины, сердцевины. Убедитесь в этом, расщепив старую ветку и обработав ее раствором Люголя. Интенсивность синего окрашивания зависит от количества крахма­ла в стебле.

Запасной крахмал служит энергетическим материалом, за счет которого растения живут зимой. Он повышает устойчивость клеток к мо­розам, благодаря ему происходит рост расте­ний весной до появления листьев.

Зимой, несмотря на то что растения нахо­дятся в состоянии покоя и процессы видимого роста у них приостановлены, в клетках про­исходит постепенный распад крахмала и на­копление растворимых Сахаров и жиров.

В зависимости от характера превращения запасного крахмала древесные растения делят на 2 группы: крахмалистые (дуб, ива, сирень, лещина) и маслянистые (хвойные, а также бере­за, липа).

184

Проследите за превращением запасного крахмала в стеблях растений, относящихся к группе «маслянистых».

Опыт начните в октябре, сразу после окон­чания листопада. Один раз в месяц или 10 дней срезайте по 1—2 небольших побега липы мелколистной или березы бородав­чатой и на продольном расщепе их с помо­щью раствора Люголя определяйте наличие крахмала.

Содержание крахмала выразите в бал­лах: 4 — иссиня-черный цвет (содержание крахмала высокое), 3—темно-синий (содер­жание среднее), 2 — светло-синий (содержание низкое), 1—голубой (следы крахмала), 0— желтый (крахмал отсутствует). Результаты занесите в таблицу. Закончите опыт в ап­реле — мае.

Результаты показывают, что содержание крахмала в стеблях липы колеблется. К сере­дине зимы крахмал почти исчезает, однако с февраля его количество начинает постепенно возрастать.

Такие колебания в содержании запасного крахмала связаны с распадом крахмала и на­коплением жиров в вакуолях клеток, неред­ко вместе с крахмалом, запасными белками, а также в цитоплазме.

Простыми методами трудно проверить, дей­ствительно ли в клетках стебля липы в декаб­ре — январе появляется много жиров. Один из них описан в книге Н. Верзилина «По следам Робинзона», куда и отсылаем

185

интересующихся. Скорость превращения крахмала в жиры у маслянистых видов растений зависит от тем­пературы окружающей среды. Наступление сильных холодов ускоряет этот процесс. На­копление жиров в клетках помогает перезимо­вать не только животным, но и растениям. По­вышение температуры воздуха в конце зимы вызывает распад жиров и повторное накопление крахмала. К началу сокодвижения и распус­кания почек запасной крахмал окончательно распадается с образованием растворимых сахаров, которые используются растением на процессы роста. Чтобы убедиться в этом, не обязательно ждать весны.

Зимой внесите ветку сирени (дуба, ивы, ле­щины) в комнату, поставьте в воду на 3—4 недели. После появления листьев сделайте пробу на крахмал.

Механизм защитного действия жиров достаточно сложен. Он связан с регуляцией содержания воды в клетках. У морозостойких видов подготовка к зиме начинается заранее. Один из ее 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 внутри кле­ток не образуются. При значительном пони­жении температуры кристаллы льда начинают образовываться в межклетниках. Кристаллы растут, оттягивая воду из клеток. Сильное обезвоживание также вредно: оно приводит к разрушению структуры мембран, белков, ну­клеиновых кислот. Увеличение содержания жи­ров на поверхности протоплазмы препятству­ет дальнейшему выходу воды из клеток и тем

186

самым повышает устойчивость растений к морозам.

Морозостойкость связана с накоплением в клетках не только жиров, но и растворимых Сахаров. Например, накопление сахарозы и глюкозы в клетках характерно для листьев озимых злаков, а также зимующих видоизме­ненных органов — луковиц, корнеплодов мор­кови, свеклы.

Задание. Изучите сезонные изменения содержания крахмала в стеблях сирени обы­кновенной, ивы козьей, дуба черешчатого. Сравните с результатами, полученными в опыте с побегами липы мелколистной.

 

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.

Способность 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

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: