Эндосперм - это запасное питательное вещество семян растений. Запасное вещество растений

Контрольные вопросы

1. В клетках мякоти плода какого растения можно увидеть хромопласты?

2. Назовите органы растения, где встречаются лейкопласты?

3. Какой пигмент является провитамином «А»?

4. Назовите основную функцию хромопластов?

5. Назовите пигменты лейкопластов.

6. Как называется форма клетки, если она узкая и с острыми концами?

7. В какой части растения можно встретить хлорофилловые зерна?

8. Как называется пигмент, участвующий в процессе фотосинтеза?

9. В строме или гранах хлоропластов содержится хлорофилл?

10. В каком органоиде клетки находится первичный крахмал?

Список литератур:

1. Андреева, И.И. Ботаника / И.И. Андреева, Л.С. Родман. – М.: Колос, 2001. – С. 17-22.

2. Чухлебова, Н.С. Ботаника / Н.С. Чухлебова, Л.М. Бугинова, Н.В. Ледовская; СГАУ. – М.: Колос ; Ставрополь : АГРУС, 2008. – С. 5-22.

Тема 3.Запасные питательные вещества растительной клетки

Запасные питательные вещества – это временно выведенные из обмена веществ клетки соединения. Они накапливаются в клетках растений в течение вегетационного периода, используются частично зимой, а главное весной, в период бурного роста и цветения. Запасные питательные вещества встречаются в растительных клетках в виде углеводов, белков и жиров.

Широко распространено у растений отложение запасных жиров в виде липидных капель в цитоплазме. Наиболее богаты ими семена и плоды.

Запасные белки (протеины) наиболее часто встречаются в виде алейроновых зерен в клетках. Алейроновые зерна образуются из высыхающих вакуолей при созревании семян. Алейроновые зерна, содержащие только аморфный белок, называют простыми. Сложные алейроновые зерна содержат еще и запасной фосфор.

Лабораторная работа № 3

Материал: клубень картофеля, предварительно намоченные зерновки пшеницы, овса, семена гороха.

Задание

1. Приготовить препараты для изучения крахмальных зерен пшеницы, овса, ржи, гороха, картофеля.

2. Произвести качественную реакцию на крахмал раствором йода в йодистом калии.

3. Зарисовать при большом увеличении крахмальные зерна. Сделать обозначения: типы крахмальных зерен, представитель.

4. Определить качество муки по крахмальным зернам.

Последовательность работы

Разрезав зерновку пшеницы, извлекают кончиком иглы немного эндосперма и переносят его в каплю воды на предметное стекло. Затем накрывают покровным стеклом и рассматривают при большом увеличении микроскопа. Крахмальные зерна пшеницы простые, с одним образовательным центром, имеют едва заметную концентрическую слоистость. Зарисовывают несколько крахмальных зерен пшеницы.

Крахмальные зерна овса аналогично берут из эндосперма набухшей зерновки. При большом увеличении видны крупные овальные сложные крахмальные зерна, состоящие из нескольких многогранных кристаллов крахмала. Видны также обломки разрушенных сложных крахмальных зерен. Слоистость зерен отсутствует. Зарисовывают 1-2 сложных крахмальных зерна.

Для приготовления препарата крахмальных зерен гороха снять кожуру, у одной семядоли соскоблить немного ткани, рассмотреть при большом увеличении микроскопа. У гороха крахмальные зерна крупные, бобовидной формы, простые с концентрической слоистостью. В некоторых зернах встречаются продольные трещины в центре.

Для изучения крахмальных зерен картофеля отрезают кусочек его клубня и делают им мазок по предметному стеклу в капле воды. При этом из разрушенных клеток в воду переходят крахмальные зерна, в результате чего она мутнеет. Каплю накрывают покровным стеклом и рассматривают при малом увеличении, затем при большом. При большом увеличении хорошо видны овальные и яйцевидные бесцветные простые крахмальные зерна с эксцентрической слоистостью. Среди множества простых крахмальных зерен картофеля изредка встречаются сложные и полусложные. Зарисовывают несколько крахмальных зерен и делают обозначения: типы крахмальных зерен.

Готовят препарат из выданного преподавателем образца муки. Для этого берут небольшое количество муки (на кончике иглы) переносят в каплю воды на предметном стекле и по видам крахмальных зерен определяют ее состав.

studfiles.net

Хлорофиллы

Важнейшую роль в процессе фотосинтеза играют зеленые пигменты— хлорофиллы. Французские ученые Пелетье иКавенту (1818)  выделили из листьев зеленое вещество и назвали его хлорофиллом (от греч. «хлорос» — зеленый и «филлон» — лист). В настоящее время известно около десяти хлорофиллов. Они отличаются по химическому строению, окраске, распространению среди живых организмов. У всех высших зеленых растений содержатся хлорофиллы а и b. Хлорофилл с содержится в диатомовых водорослях, хлорофилл d — в красных водорослях. Кроме того, известны четыре бактериохлорофилла (a, b, c, d), содержащиеся в клетках фотосинтезирующих бактерий. В клетках зеленых бактерий содержатся бактериохлорофиллы с и d, в клетках пурпурных бактерий — бактериохлорофиллы а и b. Основными пигментами, без которых фотосинтез не идет, являются хлорофилл а для зеленых растений и бактериохлорофиллы для бактерий.

Впервые точное представление о пигментах зеленого листа высших растений было получено благодаря работам крупнейшего русского ботаника М. С. Цвета (1872—1919). Он разработал новый хроматографический метод разделения веществ и выделил пигменты листа В чистом виде. Хроматографический метод разделения веществ основан на их различной способности к адсорбции. Метод этот получил широкое применение. М. С. Цвет пропускал вытяжку из листа через стеклянную трубку, заполненную порошком — мелом или сахарозой (хроматографическую колонку). Отдельныекомпоненты смеси пигментов различались по степени адсорбируемости и передвигались с разной скоростью, в результате чего они концентрировались в разных зонах колонки. Разделяя колонку на отдельные части (зоны) и используя соответствующую систему растворителей, можно было выделить каждый пигмент. Оказалось, что листья высших растений содержат четыре пигмента — два хлорофилла (а и b) и два каротиноида (каротин и ксантофилл).

 Хлорофиллы, так же как и каротиноиды, нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях. Хлорофиллы a и b различаются по цвету: хлорофилл а имеет сине-зеленый оттенок, a хлорофилл b — желто-зеленый. Содержание хлорофилла а в листе примерно в три раза больше по сравнению с хлорофиллом b.

Химические свойства хлорофилла

По химическому строению хлорофиллы — сложные эфиры дикарбоновой органической кислоты — хлорофиллина и двух остатков спиртов — фитола и метилового. Эмпирическая формула — C55Н72O5N4Mg. Хлорофиллин представляет собой азотсодержащее металлорганическое соединение, относящееся к магнийпорфиринам

         /  соон

МgН4ОН30С32

      \СООН

В хлорофилле водород карбоксильных групп замещен остатками двух спиртов — метилового СН3ОН и фитолаС2оН39ОН.

дана структурная формула хлорофилла а. Хлорофилл b отличается тем, что содержит на два атома водорода меньше и на один атом кислорода больше (вместо группы СН3 группа – C= О

                                                                                                                            \ Н . В связи с этим молекулярная масса хлорофилла а — 893 и хлорофилла b — 907. В 1960 г. Вудворд осуществил полный синтез хлорофилла.

В центре молекулы хлорофилла расположен атом магния, который соединен с четырьмя атомами азота пиррольныхгруппировок. В пиррольных группировках хлорофилла имеется система чередующихся двойных и простых связей. Это и есть хромофорная группа хлорофилла, обусловливающая поглощение определенных лучей солнечного спектра и его окраску. Диаметр порфиринового ядра составляет 10 нм, а длина фитольного остатка — 2 нм.

Расстояние между атомами азота пиррольных группировок в ядре хлорофилла составляет 0,25 нм. Интересно, что диаметр атома магния равен 0,24 нм. Таким образом, магний почти полностью заполняет пространство между атомами азота пиррольных группировок. Это придает ядру молекулы хлорофилла дополнительную прочность. Еще К. А. Тимирязев обратил внимание на близость химического строения двух важнейших пигментов: зеленого — хлорофилла листьев и красного — гемина крови. Действительно, если хлорофилл относится к магнийпорфиринам, то гемин — кжелезопорфиринам. Сходство это не случайно и служит еще одним доказательством единства всего органического мира.

Одной из специфических черт строения хлорофилла является наличие в его молекуле помимо четырех гетероцикловеще одной циклической группировки из пяти углеродных атомов — циклопентанона. В циклопентановом кольце содержится кетогруппа, обладающая большой реакционной способностью. Есть данные, что в результате процессаэнолизации по месту этой кетогруппы к молекуле хлорофилла присоединяется вода.

Молекула хлорофилла полярна, ее порфириновое ядро обладает гидрофильными свойствами, а фитольныйконец — гидрофобными. Это свойство молекулы хлорофилла обусловливает определенное расположение ее в мембранах хлоропластов. Порфириновая часть молекулы связана с белком, а фитольная цепь погружена в липидный слой. Извлеченный из листа хлорофилл легко реагирует как с кислотами, так и со щелочами. При взаимодействии со щелочью происходит омыление хлорофилла, в результате чего образуются два спирта и щелочная соль кислоты хлорофиллина. В интактном живом листе от хлорофилла может отщепляться фитол под воздействием фермента хлорофиллазы. При взаимодействии со слабой кислотой извлеченный хлорофилл теряет зеленый цвет, образуется соединение феофитин, у которого атом магния в центре молекулы замещен на два атома водорода.

Хлорофилл в живой интактной клетке обладает способностью к обратимому фотоокислению и фотовосстановлению. Способность к окислительно-восстановительным реакциям связана с наличием в молекуле хлорофилла сопряженных двойных связей с подвижными π-электронами и атомов азота с неподеленными электронами. Азот пиррольных ядер может окисляться (отдавать электрон) или восстанавливаться (присоединять электрон).

Исследования показали, что свойства хлорофилла, находящегося в листе и извлеченного из листа, различны, так как в листе он находится в комплексном соединении с белком. Это доказывается следующими данными:

1.Спектр поглощения хлорофилла, находящегося в листе, иной по сравнению с извлеченным хлорофиллом.

2.  Хлорофилл невозможно извлечь абсолютным спиртом из сухих листьев. Экстракция протекает успешно, только если листья увлажнить или к спирту добавить воды, которая разрушает связь между хлорофиллом и белком.

3.  Выделенный из листа хлорофилл легко подвергается разрушению под влиянием самых разнообразных воздействий  (повышенная кислотность, кислород и даже свет).

Между тем в листе хлорофилл достаточно устойчив ко всем перечисленным факторам. Следует отметить, что хотя крупный русский ученый В. Н. Любименко и предлагал этот комплекс назвать хлороглобином, по аналогии с гемоглобином, связь между хлорофиллом и белком иного характера, чем между гемином и белком. Для гемоглобина характерно постоянное соотношение — на 1 молекулу белка приходится 4 молекулы гемина. Между тем соотношение между хлорофиллом и белком различно и претерпевает изменения в зависимости от типа растений, фазы их развития, условий среды (от 3 до 10 молекул хлорофилла на 1 молекулу белка). Связь между молекулами белка и хлорофиллом осуществляется путем нестойких комплексов, образующихся при взаимодействии кислотных групп белковых молекул и азота пиррольных колец. Чем выше содержание дикарбоновых аминокислот в белке, тем лучше идет их комплектование с хлорофиллом (Т. Н. Годнее). Белки, связанные с хлорофиллом, характеризуются низкой изоэлектрической точкой (3,7—4,9). Молекулярная масса этих белков порядка 68 тыс. Вместе с тем хлорофилл может взаимодействовать и с липидами мембран.

Важным свойством молекул хлорофилла является их способность к взаимодействию друг с другом. Переход измономерной в агрегированную форму возник в результате взаимодействия двух- и более молекул при их близком расположении друг к другу. В процессе образования хлорофилла его состояние в живой клетке закономерно меняется. При этом и происходит его агрегация (А. А. Красновский). В настоящее время показано, что хлорофилл в мембранахпластид находится в виде пигмент-липопротеидных комплексов с различной степенью агрегации.

Физические свойства хлорофилла

Как уже отмечалось, хлорофилл способен к избирательному поглощению света. Спектр поглощения данного соединения определяется его способностью поглощать свет определенной длины волны (определенного цвета). Для того чтобы получить спектр поглощения, К. А, Тимирязев пропускал луч света через раствор хлорофилла. Часть лучей поглощалась хлорофиллом, и при последующем пропускании через призму в спектре обнаруживались черные полосы. Было показано, что хлорофилл в той же концентрации, как в листе, имеет две основные линии поглощения в красных и сине-фиолетовых лучах (рис. 6). При этом хлорофилл а в растворе имеет максимум поглощения 429 и 660 нм, тогда как хлорофилл b — 453 и 642 нм. Однако необходимо учитывать, что в листе спектры поглощения хлорофилла меняются в зависимости от его состояния, степени агрегации, адсорбции на определенных белках. В настоящее время показано, что есть формы хлорофилла, поглощающие свет с длиной волны 700, 710 и даже 720 нм. Эти формы хлорофилла, поглощающие свет с большой длиной волны, имеют особенно важное значение в процессе фотосинтеза. 

Хлорофилл обладает способностью к флуоресценции. Флуоресценция, представляет собой свечение тел, возбуждаемое освещением и продолжающееся очень короткий промежуток времени (10-8—10 -9 с). Свет, испускаемый при флюоресценции, имеет всегда большую длину волны по сравнению с поглощенным. Это связано с тем, что часть поглощенной энергии выделяется в виде тепла, хлорофилл обладает красной флуоресценцией.

10.Состояние и активность воды в клетке.

В клетке в основном содержится связанная вода. Выделяют три формы такой воды 1)осмотически связанную воду с ионами в результате из гдратации – формирования слоя молекул-диполей вокругионов; 2) коллоидно связанную с биомолекулами- белками и полисахаридами и 3) капиллярно связанную, находящуюся в межклеточном пространстве или клеточных стенкакх, которые обладают высокой гидроскопичностью и удерживают воду за счет большой гидрофильности целлюлозы и пектиновых компонентов.

Химическое или физическое связывание воды в клетке понижает ее активность, т.е. уменьшает способность воды выступать, например, в качестве растворителя. Мера активности воды в клетке представляет собой ее водный потенциал. Он выражается в еденицах давления- атмосферах, барах, паскалях. Условно потенциал чистой воды равен нулю. Водный потенциал любого водного раствора является отрицательной величиной, так как присутствие растворенного вещества понижает свободную энергию молекул воды. Водный потенциал клетки равен сумме осмотического потенциала, потенциал давления, гравитационного потенциала и потенциала набухания.

Показатель состояния воды в клетке, определяемый концентрацией растворенного вещества, называется осмотическим потенциалом. Он характерезует способность воды диффундировать через мембраны или поглощаться клеткой.

Величина, отражающая влияние на активность воды силы тяжести и заставляющая воду двигаться вниз до тех пор, пока силе гравитации не будет противостоять равная ей по величине другая сила, называется гравитационным потенциалом. Эта составляющая водного потенциала заметно сказывается на нем лишь при поднятии воды на относительно большую величину (например, в кроны деревьев).

При поглощении воды клеткой возникает эластичное растяжение клеточной стенки. Тургорное противодавление клеточной стенки, отражающее влияние на активность воды механического (гидростатического) давления, называется потенциалом давления. При равенстве потенциала давления осмотическую потенциалу клетки последняя перестает поглощать воду, так как в этом случае ее водный потенциал становится навным нулю.

Состояние растительных клеток лил тканей,характеризующийся величиной напряжения, степенью насыщенности их водой, называется тургором. При увеличении объема вакуоли и прижимания цитоплазмы к клеточной стенке возникает тургорное давление. Оно придает механическую прочность растительным тканям и поддерживает их форму в пространстве.

Сосущая сила, которая связана с поглощением воды клетками в процессе гидратации белков и других высокомолекулярных соединений, есть потенциал набухания. Он, главным образом, реализуется при поглощении воды сухими семенами.

36.Интенсивность фотосинтеза и продуктивность.

Интенсивность фотосинтеза – это количество СО2, усваиваемое (лил О2 выделяемое) единицей листовой поверхности в единицу времени.

Она зависит от внутренних и внешних факторов. 1)К внутренним относятся: наличие энергии в виде АТФ и НАДФН, концентрация субстратов (СО2 и РДФ), количество фермента РДФ-карбоксилазы, содержание гормонов (в первую очередь АБК), донорно-акцепторные отношения, фаза развития растения, возраст листа, содержание в нем углевода. 2) Из внешних факторов основную роль в процессе фотосинтеза играют: интенсивность и спектральный состав света, температура, концентрация СО2 и О2, водный режим листьев, обеспеченность растений элементами минерального питания.

Интенсивность фотосинтеза растительного объекта зависит от длины волны падающего на него излучения. Спектр действия фотосинтеза показывает эффективность определенных световых лучей в осуществлении этого фотобиологического процесса.

Скорость фотосинтеза зависит от интенсивности фотосинтетической активной реакции (ФАР). Световая зависимость (кривая) фотосинтеза имеет два участка. 1)На линейном участке интенсивность процесса определяется скоростью прохождения световой фазы. 2) На втором участке кривой, где регистрируется световое насыщение фотосинтеза, скорость процесса в основном зависит от активности темновых реакций и поступления углекислого газа.

Скорость фотосинтеза зависит от сопротивления прохожденинию молекул углекислого газа, или проводимости листа для СО2. Различают устьичную и остаточную проводимость. Первая зависит от ширины раскрытия устьичных щелей , апертуры. Вторая величина характерезуется проводимостью мезофилла, она включает прохождение солекулы СО2 в жидкой фазе, транспорт через клеточные стенки, мембраны хлоропластов к местам карбоксилирования и определяется главным образом активностью карбоксилирующих ферментов фотосинтеза.

Комплексный параметр, определяемый интенсивностью не только фотосинтеза растения, но и его дыхания, есть чистая продуктивность фотосинтеза – количество граммов сухого вещества, накопленного растением за единицу времени в расчете на единицу листовой площади. Этот физиологический показатель выражается в граммах сухой массы на 1м2 за сутки.

Скорость накопления фитоцинозом общей или хозяйственно-полезной биомассы при расчете на единицу посевной площади (кг/га в сутки) определяется продуктивность растений.

37. Гликолиз: химические реакции, регуляция ,энергетика.

Гликолиз-это процесс окисления и постепенного превращения глюкозы в пировиноградную кислоту (ПВК), в результате которого выделяется энергия, называется гликолизом. Он представляет первую анаэробную фазу дыхания и происходит в цитозоле, пластидах. Гликолиз состоит из трех стадий: 1)активирования глюкозы; 2) расщепление гексозы и 3) окисление и восстановления с образованием АТФ и пирувата. 1)Во время начальной стадии гликолиза происходит фосфорилирование и превращение глюкозы в неустойчивое соединение фруктозо-1,6-дифосфат,2) которое во второй стадии процесса распадается на две молекулы триоз: 3-фосфоглицериновый альдегид (ФГА) СНО-СНОН-СН3О(Р) и фосфодиоксиацетон СН2О(Р)-СО-СН2ОН. Последний затем превращается в ФГА. 3) Третья стадия гликолиза начинается с окисления двух молекул 3-фосфоглицеринового альдегида до двух молекул СН2О(Р)-СНОЕ-СОО(Р) 1,3-дифосфоглицериновой кислоты. От этой кислоты передается остаток фосфата на молекулу АДФ, в результате такого, так называемого субстратного фосфорилирования, возникает макроэргическое соединение АТФ. Образовавшаяся в реакции 2-ФГК СООН-СНО(Р)-СН2ОН при участии фермента энолазы превращается в фосфоенолпируват СООН-СО(Р)=СН2. При этом происходит выделение воды, а в остатке фосфорной кислоты возникает высокоэнергитическая связь.Заканчивается третья стадия переносом фосфатной группы на АДФ и образованием молекулы пирувата.

Реакции гликолиза суммарное уравнение можно выразить так: С6Н12О6+2НАД++2АДФ+2Н3РО4-> 2C Н3-СО-СООН+2НАДН+Н++2АТФ.

Основной функцией гликолиза наряду с образованием энергии служит активирование гексоз, достаточно интерных, малореакционноспособных. В результате синтезируются активные молекулы кислоты, подвергающиеся дальнейшим преобразованием.

Важную роль гликолиз играет так же при расщеплении крахмала хлоропластов до экспортных продуктов- триоз.

Гликолиз находится под постоянным контролем регуляторной системы клетки. Если, например, энергитические потребности клетки возрастают, то концентрация Рн в результате гидролиза АТФ увеличивается. Это активирует ферменты гликолиза и одновременно ингибирует активность ферментов пентозофосфатного цикла. При дифиците Рн наоборот, подавляется гликолиз и активизируется пентозофосфатный цикл. Подобная регуляция скорости гликолиза возможно также на других участках цепи реакции.

7.Конституционные и запасные вещества растения. Основные формы запасных веществ.

КОНСТИТУЦИОННЫЕ ВЕЩЕСТВА — вещества, входящие в состав протопластов и оболочек живых клеток растения. В отличие от запасных веществ и продуктов обмена, К. в. постоянно присутствуют в клетке и не могут быть извлечены без ее разрушения.

studfiles.net

Запасные вещества растений

В растениях находятся конституционные и запасные веще­ства. Конституционными называют вещества, входящие в состав живой протоплазмы тела растения. Запасные вещества растений — это разнообразные по своей химической природе вещества, расходуемые в процессе жизнедеятельности растения.

Масличные и крахмалистые растения

Как конституционные, так и запасные вещества все время взаимопревращаются, распадаются и создаются вновь, поэтому резкой грани между ними провести нельзя.

Большие количества запасных веществ содержатся в покоя­щихся органах (семенах, клубнях, луковицах, зимующих кор­нях).

Количество белков, жиров и углеводов в семенах различ­ных растений неодинаково: в одних семенах преобладают жиры, в других — углеводы, преимущественно крахмал.

В соответствии с этим растения делят на 2 группы: масличные и крахмалистые. В семенах масличных растений содержание жира достигает 60% (см. таблицу).

Содержание жира и углеводов в семенах различных растений

В природе преобладают масличные растения, составляющие 90% от всех встречающихся на земле растений. Семена их имеют больший процент белка, чем семена крахмалистых растений.

Например, семена льна содержат 23% белка, подсолнечника — 30%, пшеницы — 14—18%, гречихи—10%, кукурузы — 10% и риса — 7%.

Исключением     являются     крахмалистые    семена бобовых растений, имеющие высокий процент белка: у сои — 44%, люпина —40%, гороха —29% и фасоли —23%.

Высокий процент белка в семенах бобовых объясняется способностью их усваивать атмосферный азот при участии клубеньковых бак­терий, (подробнее: Значение азота в жизни растений).

libtime.ru

Запасные питательные вещества растительной клетки. Их роль в растении, использование человеком.

poisk-ru.ru

это запасное питательное вещество семян растений

В курсе ботаники изучается много разных понятий. Одно из них - эндосперм. Что это такое, какие функции в растении выполняет данная структура? На эти и другие вопросы вы найдете ответ в этой статье.

Эндосперм - это часть зародыша

Людей издавна удивляла способность крохотного семени давать начало целому организму. Оказывается, это благодаря его уникальному строению. Семя состоит из зародышевых корешка, стебелька, почки и листочка. Эти эмбриональные структуры окружены питательной соединительной тканью. Она и является эндоспермом. Снаружи семя имеет дополнительную защиту - кожуру.

Данный термин происходит из двух греческих слов "эндо" - внутри, "сперма" - семя. По сути, это запас веществ, необходимых для развития тканей зародыша.

Значение питательных веществ

Эндосперм - это ткань, которая образуется в процессе оплодотворения. По химическому составу он является совокупностью углевода крахмала, белков и растительных масел. Поэтому человек использует семена в качестве источника энергии и витаминов. Но полезные свойства они сохраняют только в сыром виде. При термической обработке происходит разрушение макромолекул органических веществ.

Так, полстакана тыквенных семечек обеспечат организм половиной дневной нормы протеинов и витаминами группы В, предотвратят формирование камней в почках и избавят от паразитов. А гранат является настоящим эликсиром молодости. Насыщая кровь антиоксидантами, он предупреждает процессы старения.

Эндосперм голосеменных

Питательная ткань растений может быть первичной и вторичной. У голосеменных эндосперм формируется еще до процесса слияния гамет - оплодотворения. Он развивается из мегаспоры, которая представляет собой материнскую клетку с гаплоидным набором хромосом. Первичный эндосперм - это ткань, формирующаяся в семяпочке. В результате его развития происходит образование женского заростка, или гаметофита.

Двойное оплодотворение растений

В семенах покрытосеменных эндосперм формируется во время оплодотворения. В ходе этого процесса принимают участие два спермия, которые находятся в пыльниках тычинки. Завязь пестика содержит одну женскую гамету и центральную зародышевую клетку. Оплодотворение происходит именно здесь. Один спермий сливается с яйцеклеткой, образуя эмбрион семени. Другой же соединяется с зародышевой клеткой. Результат последнего процесса - это эндосперм. Такой тип его формирования называется вторичным. Эндосперм располагается вокруг эмбриона, согревая и питая его, создавая условия для прорастания семени.

Как формируется?

Эндосперм образуется двумя путями. В первом случае оплодотворенное ядро зародышевого мешка делится много раз. Образовавшиеся структуры располагаются вдоль его стенок. Такой тип формирования эндосперма называется ядерным. В этом случае питательная ткань семян жидкая. К примеру, кокосовое молоко.

Но у большинства покрытосеменных после ядерного деления происходит клеточное. Оно меняет агрегатное состояние питательной ткани. При этом во время каждого деления формируются клетки. Так, если собрать плоды кукурузы в период ядерного деления, она будет сочной и сладкой. Далее следует превращение простых углеводов в полисахариды. Это химическое превращение сопровождает клеточное деление.

Итак, эндосперм, который является питательным веществом зародыша семени, выполняет важнейшие функции. К ним относятся обеспечение эмбриона энергией, витаминами и микроэлементами, транспортировка растворов минеральных веществ из взрослого растения. Важна также и регуляция процесса дифференцировки клеток зародыша в органы, который происходит благодаря цитокининам эндосперма.

fb.ru

ЛЕКЦИЯ 5

ЛЕКЦИЯ 5.

1. Производные протопласта.

2. Запасные питательные вещества.

3. Продукты распада. Кристаллы.

4. Физиологически активные вещества.

5. Химический состав клеточного сока, его пигменты.

6. Клеточная стенка и ее видоизменения.

1. Характерной особенностью жи­вой материи является способность к постоянному обмену веществ, который складывается из реакций синтеза (ассимиляции) и реакций распада (диссимиляции). Растительные клетки отличаются ин­тенсивной синтетической деятельностью, причем синтез может быть первичным и вторичным. При первичном синтезе происходит образование органических веществ из минеральных. Он идет при участии энергии солнца и называется, как известно, фотосинтезом. При вторичном синтезе осуществляется преобразование органичес­ких соединений — из сахара образуется крахмал, из аминокислот — белки и т. п. Вторичный синтез протекает без доступа света, за счет внутриклеточной энергии, которая выделяется при окисли­тельных процессах (дыхании) в клетке. Наряду с реакциями син­теза в клетках совершается процесс расщепления веществ на бо­лее простые соединения, многие из которых не участвуют в даль­нейшем метаболизме. В результате в клетке появляются различные продукты распада (катаболиты*). Все вещества, вырабатываемые протопластом в результате его жизнедеятельности, составляют группу внутриклеточных включений.

Вещества, нерастворимые в воде, образуют в клетках оформ­ленные включения в виде капель, зерен, кристаллов. Растворимые продукты обмена входят в состав клеточного сока, который накапливается в вакуолях и относится к ж и д к и м(неоформленным) включениям клетки. Вклю­чения не являются постоянными компонентами, они могут появ­ляться и исчезать в зависимости от физиологического состояния клетки.

В соответствии с ролью и значением в жизнедеятельности клетки все внутриклеточные включения можно подразделить на 3 группы: запасные питательные вещества, продукты распада (катаболиты)' и физиологически активные вещества клетки.

2. Накопле­ние большого количества питательных веществ является особенностью растительных клеток. Эти вещества частично используются клеткой как энергетический материал, окисляясь в процессе дыхания, в результате чего освобождается энергия, необходимая для всех протекающих в клетке жизненных процессов. Кроме того, из за­пасных питательных веществ образуются конституционные вещества, идущие на построение тела растений. Запасные питательные веще­ства встречаются в растительных клетках в виде углеводов, белков и жиров. .

Углеводы в растительных клетках присутствуют в виде полисахаридов, дисахаридов и моносахаридов. Полисахари д ы представлены в основном крахмалом (РАССМАТРИВАЕМ НА ПРАКТИКЕ!!!) однако встречаются также гликоген, инулин и гемицеллюлоза (полуклетчатка). Крахмал яв­ляется одним из наиболее распространенных углеводов, накапли­вающихся в клетках растений в качестве запасного питательного вещества. В его образовании обязательно участвуют пластиды. По происхождению в растениях различают крахмал ассимиляционный (первичный), запасной (вторичный) и транзиторный (переда­точный).

Ассимиляционный крахмал синтезируется в зе­леных частях растений и является одним из первоначальных про­дуктов фотосинтеза. Образование ассимиляционного крахмала воз­можно только в присутствии света и хлоропластов, в которых он откладывается в виде мельчайших зерен шаровидной или палоч­ковидной формы. Однако накопление крахмала в зеленых органах растений в большом количестве, как правило, не происходит. Образовав­шийся в них ассимиляционный крах­мал под действием фермента амилазы переводится в растворимую форму, т. е. гидролизуется до сахара, кото­рый и транспортируется в запасаю­щие органы растения, специально приспособленные для накопления пи­тательных веществ. В этих органах из притекающих к ним сахаров в при­сутствии фермента а м и л о с и н т е а з ы снова образуется крахмал— вторичный, или запасной. Запасной крахмал накапливается в клубнях, корневищах, корнях, семе­нах и других органах растений. Осо­бенно много крахмала содержится в клубнях картофеля (12...20%), семе­нах риса (60...80%), кукурузы (65... 75%), пшеницы (60...70%). Образование вторичного крахмала осуществляется при участии бесцветных пластид лейкопластов и может проходить без доступа света. Запасной крахмал находится в клетках растений в виде зерен различной величины — от 0,002 до 0,15 мм в диаметре. По форме они бывают шаровидные, чечевицеобразные, эллиптические, палочковидные и т. п.

Образование крахмального зерна начинается с возникновения в лейкопласте образовательного центра, вокруг которого стромой лейкопласта слоями откладывается вещество крахмала. Слои содер­жат различное количество воды и имеют различный коэффициент преломления света, благодаря чему они хорошо видны в микроскоп. Если отдельные слои откладываются вокруг образовательного цент­ра равномерно, формируются крахмальные зерна с концентрической слоистостью (злаки, бобовые). Если слой крахмала откладываются вокруг образовательного центра неравномерно, возникают крахмаль­ные зерна с эксцентрической слоистостью (картофель). Различают крахмальные зерна простые, сложные и полусложные. Простые имеют один образовательный центр. Сложные состоят из множества очень мелких простых крахмальных зерен, имеющих каждое свой образовательный центр и слоистость. В состав сложного зерна может входить несколько тысяч простых зерен (шпинат). В полусложных крахмальных зернах — 2 образовательных центра, окруженных общими слоями. Все крахмальные зерна представляют собой сферокристаллы, состоящие из тончайших радиально рас­положенных игл.

Форма и величина крахмальных зерен специфичны для отдель­ных семейств, родов и даже видов растений. Так, у картофеля они отличаются неправильной .формой, эксцентрической слоистостью и Достигают размера .70... 100 мкм. Крахмальные зерна бобовых значительно мельче, овальные, с концентрической слоистостью, и в центре у них обычно образуется продольная трещина. У риса, овса, гречихи крахмальные зерна сложные, легко распа­дающиеся на множество прос­тых зернышек неправильной формы.

Транзиторный крахмал нередко обра­зуется на путях следования сахаров от фотосинтезирующих органов к запасающим. Крахмал окрашивается йодом в синий цвет., медным купоросом и едким калием —в фиолетовый цвет. Он нера­створим в холодной воде, а в горячей набухает, образуя клейстер. Крахмал имеет как питательное вещество, необходимое растениям, животным и человеку, но и как сырье для промышленного производства глюкозы и спирта.

У незеленых растений — бактерий, грибов, а также некото­ рых водорослей — вместо крахмала накапливается запасной поли­ сахарид гликоген, более характерный для клеток животных организмов. В отличие от крахмала гликоген является воднорастворимым веществом. . х

Другим углеводом, заменяющим у некоторых растений крах­мал, является и н у л и н. Он образуется в клубнях земляной груши, корнях цикория, одуванчика и вообще характерен для представи­телей семейства сложноцветные (астровые). Подобно гликогену, инулин растворяется в воде, но под действием спирта выпадает из раствора в виде сферокристаллов. По химическому составу гликоген и инулин близки к крахмалу и имеют одинаковую с ним эмпирическую формулу.

Г е м и ц е л л ю л о з a (CsH804) n встречается в семенах ко­фейного дерева, финиковой пальмы, многих видов люпина, предста­вителей семейства лилейные и др., накапливаясь в клеточных оболочках. Под действием ферментов гемицеллюлоза, подобно крах­малу и целлюлозе, может превращаться в сахар.

Моносахариды и дисахариды встречаются в клетках растений в виде различных сахаров в растворенном состоянии.

Моносахариды (СвН12Ое) представлены виноградным са­харом — глюкозой и плодовым сахаром — фруктозой. Эти сахара накапливаются преимущественно в плодах (яблоня, груша, вино­град), а также в стеблях (кукуруза, сорго), листьях (лук) и других органах растений..

Дисахариды (С12Н22Ои) встречаются обычно в виде трост­никового или свекловичного сахара (сахарозы) и накапливаются в корнеплодах сахарной свеклы, стеблях сахарного тростника, пло­дах арбуза и других растений.

Белки, накапливающиеся в клетках в качестве запасного пи­тательного вещества, необходимо отличать от конституционных жи­вых белков, составляющих основу протопласта. Запасные белки — протеины — являются про­стыми белками. В отличие от сложных (кон­ституционных) белков они состоят, только из аминокислот. Для запасных белков характерна инертность, в силу которой они с большим тру­дом вступают в различные реакции. Запасные белки откладываются в форме алейроновых (протеиновых) зерен (в семенах злаков, бобо­вых) или в виде кристаллоидов (в клубнях картофеля), которые отличаются от настоящих кристаллов способностью к набуханию и окрашиванию. Алейроновые зерна образуются из вакуолей в результате их обезвоживания, что наблюдается при созревании семян. В прора­стающих семенах происходит обратный процесс — набухание, и алейроновые зерна снова превращаются в вакуоли. Размеры и строение алейроновых зерен очень изменчивы, но характерны для определенных групп растений и могут служить систематическим признаком. Алейроновые зерна бывают простые и сложные. Про­стые содержат аморфный белок, в сложных имеются еще кристал­лоид белка и особое округлое тельце глобоид, в состав которого входят кальций, магний и фосфор.

Содержание белка в сельскохозяйственных растениях также весьма различно. Так, в семенах люпина белки составляют 35% от массы сухого вещества, фасоли — 25%, гороха 29%, пшеницы — 12%, кукурузы—10%, картофеля — 8...10%.

От йода, белковые зерна окрашиваются в темно-желтый цвет. В горячей воде, кислотах и щелочах запасные белки растворяются почти полностью.

Жиры (жирные масла) представляют собой сложные эфиры — соединение жирных кислот с глицерином. Они состоят из тех же химических элементов, что и углеводы, но отличаются от них меньшим содержанием кислорода (С/гН2д02). Запасные жиры широко распространены в растительных клетках и обычно сосредоточены в цитоплазме, пластидах и митохондриях. По-видимому, жиры воз­никают непосредственно в цитоплазме, а также образуются в осо­бом типе лейкопластов — олеопластах. Наиболее богаты ими семена и плоды растений. Особенно много жиров содержится в семенах масличных культур: в среднем у подсолнечника — 46...51% от массы сухого вещества, у льна — 37%, у хлопчатника — 23%, у конопли — 34%. Жиры не растворяются вводе, но хорошо раство­ряются в бензине, серном эфире, хлороформе и т. д. По сравнению с другими питательными веществами жиры являются наиболее калорийными: в среднем 1 г жира дает 38,9 кДж (9,3 ккал), белка — 23,8 кДж (5,7 ккал), крахмала — 17,6 кДж (4,1 ккал). У подавля­ющего большинства растений жирные масла жидкие и встречаются в клетках в виде капель различного размера. Твердые жиры харак­терны для семян шоколадного дерева и кокосовой пальмы. Жиры имеют большое значение не только как высококалорийные пита­ тельные вещества, но также применяются человеком в лакокрасоч­ной, мыловаренной промышленности и в качестве смазочных мате­ риалов.

3. Продукты распада (к а т а б о л и т ы). Наряду с запасными питательными веществами в клетках растений образу­ются вещества, которые обычно не участвуют в дальнейших хими­ческих процессах и называются катаболитами. Они могут накапливаться в специальных вместилищах или выделяются в окру­жающую среду. К ним относятся эфирные масла, алкалоиды, гликозиды, дубильные вещества, соли щавелевой кислоты, смолы, каучук и др.

Эфирные масла встречаются значительно реже, чем жирные, и характерны только для растений семейств зонтичные (сельдерейные), рутовые, губоцветные (яснотковые) и некоторых других. Обычно эфирные масла обладают летучестью и сильным специфическим запахом. Они встречаются в виде небольших капелек и скапливаются в различных частях растений — корнях, корневищах, листьях, стеблях, плодах и других органах. Эфирные масла защищают растения от поедания животными, многие из них обла­дают бактерицидными свойствами. Особенно богаты эфирными маслами такие растения, как мята, эвкалипт, роза, тмин, апельсин и некоторые другие. Многие растения (кориандр, мята, герань) возделываются в широких масштабах в качестве эфирномасличных культу]). Эфирные масла широко используются в технике, меди­цине, парфюмерии, кондитерской и других отраслях промышлен­ности.

Алкалоид ы представляют собой азотистые соли органических кислот — яблочной, лимонной, винной и др. Они образуются во всех частях растений — в корнях (белладонна), клубнях (кар­тофель), листьях (табак, чайное дерево), плодах (мак, кофейное дерево), семенах (дурман, люпин, какао) и т. д. В настоящее время известно свыше 1000 различных алкалоидов. Они имеют для растений защитное значение — предохраняют их от поедания животными, иногда играют роль запасных веществ, а также фитогормонов и стимуляторов, вызывающих усиление процессов обмена веществ на тех или иных фазах роста.

Народохозяйственное значение алкалоидов и алколоидоносных растений очень велико. Многие алколоиды (никотин, атропин, кокаин, кофеин, хинин и др.)широко применяются в медицине, ветеринарии и сельском хозщяйстве.

Гликозиды представляют собой соединения глюкозы со спир­тами и другими безазотистыми веществами. Они имеют горький вкус и обладают ядовитыми свойствами, благодаря чему предохра­няют растения от поедания животными. Гликозиды многих расте­ний (ландыш, наперстянка и др.) применяются в медицине. Для промышленности большое значение имеют глнкозиды-красители. Соли щавелевой кислоты в растительных клетках чаще всего встречаются в виде щавелевокислого кальция, ко­торый образует кристаллический песок, сферокристаллы или кри­сталлы иной формы в зависимости от вида растений. Раз­личают одиночные кристаллы, встречающиеся в сухих наружных чешуях луковиц репчатого лука и чеснока; друз ы, представляющие собой сростки многочисленных кристаллов звезд­чатой формы (в плодах жимолости, в коре многих древесных расте­ний), и рафиды — игольчатые кристаллы, часто образующие пучки (в клетках мякоти плодов фуксии, листьев лилии). Все формы, кристаллов локализуются в вакуолях. Благодаря образованию кристаллов щавелевокислого кальция происходит нейтрализация щавелевой кислоты, обладающей ядовитыми свойствами.

Кроме щавелевокислого кальция, у некоторых растений (фи­кус, конопля) образуется у г л е к.и с л ы й кальций, который пропитывает выросты клеточной оболочки, вдающиеся в полость клетки. В результате получаются своеобразные гроздевидные об­разования — цистолиты.

Кристаллы, являясь конечным продуктом обмена веществ в клет­ке, как правило, тем или иным способом удаляются из организма.

Обычно они накапливаются в тех частях растения, которые со временем от него отделяются, — в листьях, плодах, наруж­ных слоях коры. Однако в некоторых слу­чаях кристаллы могут растворяться вновь и участвовать в обмене веществ, как это наблюдается в плодах апельсина и неко­торых других растений.

Смолы являются комплексными со­единениями, образующимися из углево­дов в процессе нормальной жизнедея­тельности клеток или в результате их разрушения, У одних растений смолы на­капливаются в виде капель в клетках, у других выделяются в окружающую среду. Будучи нерастворимыми в воде, смолы не пропускают влагу, они непроницаемы для микроорганизмов, обладают антисептическими свойствами.

В практической деятельности человека смолы применяются при изготовлении лаков, смазочных масел, в медицине. Особое значение имеет смола вымерших растений — янтарь.

Д у б и л ь н ы е (дубящие) вещества представляют собой сложные органические безазотистые вещества вяжущего вкуса. Они широко распространены среди высших растений, причем особенно богаты ими клетки коры деревьев (дуб, ель, ива), листья чая, семена кофе. Обладая антисептическими свойствами, дубильные вещества защищают растения от поражения различными микроор­ганизмами, иногда они могут использоваться в качестве запасных питательных веществ..

Дубильные вещества применяются в кожевенной промышлен­ности для дубления кож, а также в медицине как вяжущее средство.

4. Физиоло­гически активные вещества обусловливают нормальную жизнедея­тельность клетки и всего организма в целом. Они обладают специфи­ческим действием и неразрывно связаны с метаболизмом клетки. К этим веществам принадлежат ферменты, витамины, фитогормоны, антибиотики, фитонциды и ингибиторы. Все эти вещества выраба­тываются протопластом клетки.

Ферменты (энзимы) представляют собой сложные вещества белковой природы и являются биологическими катализаторами, присутствие которых необходимо для возбуждения и ускорения биохимических реакций, протекающих в клетке. Важнейшие, жиз­ненные процессы — дыхание, фотосинтез, синтез и распад белков и др. — могут совершаться только под воздействием определенных ферментов. Ферменты отличаются от неорганических катализато­ров высокой специфичностью, т. е. действие каждого фермента строго ограничено одним веществом или группой близких веществ. Специ­фичность действия ферментов является их важнейшим биологи­ческим свойством, без которого невозможен нормальный метаболизм клетки. Активность ферментов зависит от температуры, кислотности среды и от присутствия в окружающей среде различных веществ, усиливающих или подавляющих их каталитическое действие. В на­стоящее время известно свыше 800 различных ферментов.

Начало изучения ферментов относится к 1814 г., когда русский ученый К. С. Кирхгоф показал, что в прорастающем зерне имеется вещество, способное превращать крахмал в сахар. В дальнейших исследованиях ферментов большая роль принадлежит советским ученым А. И. Опарину, А. Л. Курсанову, Н. М. Сисакяну, Б. А. Ру­бину и другим, впервые начавшим изучать ферменты в живых ра­стениях и заложившим основу биологии ферментов.

Важным свойством ферментов является их способность сохранять активность вне живой клетки. На этом свойстве основано примене­ние ферментов в различных отраслях пищевой промышленности — хлебопечении, виноделии, производстве сахара, чая, какао, табака и др.

Витамины(НА ПРАКТИКЕ!!!) представляют собой органические вещества раз­ личной химической природы и почти исключительно растительного происхождения. Однако, несмотря на большое разнообразие, их объединяют в одну группу благодаря той исключительной роли, которую они играют в обмене веществ. Витамины, действующие в очень малых дозах, совершенно необходимы для нормальной жизнедеятельности как растительных, так и животных организмов. Хотя витамины не являются непосредственными источниками энер­гий, они вместе с ферментами регулируют энергетические изме­нения внутри клетки, а многие из них даже входят в состав фер­ментов.

В настоящее время известно несколько десятков различных витаминов, каждый из которых обладает специфическим действием. Так, витамин В3 стимулирует рост корней, витамин С (аскорбиновая кислота) способствует прорастанию семян, регулирует дыхание и т. д. Однако значение витаминов для растений изучено еще недо­статочно. Гораздо больше сведений имеется о роли витаминов в жизнедеятельности животных организмов. Отсутствие витаминов в пище животных и человека вызывает тяжелые заболевания.

Основоположником учения о витаминах является русский уче­ный Н. И. Лунин, который еще в 1880 г. доказал необходимость витаминов для нормальной жизнедеятельности животных организ­мов. В результате дальнейшего изучения витаминов была установ­лена их химическая природа, что позволило организовать промыш­ленное производство большинства витаминов как из растительного сырья, так и синтетическим путем.

Гормоны, вырабатываемые протопластом растительной клетки, получили название ф и т о горм о нов. Они представляют собой группу веществ, способных усиливать различные физиологические процессы — рост, размножение, деление клеток и др. Наиболее изучены в настоящее время гормоны роста — ауксины, впервые исследованные Н. Г. Холодным. Ауксины усиливают доступ кисло­рода и приток питательных веществ к клеткам, расположенным в растущих частях растения, и таким образом создают оптимальные условия для ростовых процессов.

Наряду с ауксином, который вырабатывается клетками выс­ших растений, известны ростовые вещества, вырабатываемые низ­шими растениями — грибами. К таким веществам относится гиббереллин, выделенный из почвенных грибов Gibberella и Fusarium и обладающий совершенно исключительной и многосторонней физиологической активностью.

В настоящее время ростовые вещества получили широкое при­менение в практике сельского хозяйства. Синтетически получаемый гетероауксин используется для укоренения черенков, для борьбы с опадением бутонов и плодов, для повышения семенной продуктив­ности растений и т. д. Гиббереллин применяется для получения высо­корослых и сильно облиственных растений (соя, табак, конопля), повышения урожая овощных культур (томата, огурца, баклажана) и винограда. С помощью гиббереллинов удается прерывать период покоя у семян, спящих почек, клубней, ускорять цветение и плодоношение, вызывать образование бессемянных плодов. С по­мощью гиббереллина можно также превращать двулетние рас­тения (морковь, свекла, капуста) в однолетние, плодоносящие в 1-й год жизни.

Антибиотики и фитонциды — это особые вещества, которые вырабатываются в клетках растений и имеют для них за­щитное значение, предохраняя от поражения болезнетворными микро­организмами и другими паразитами. Принято называть бактерицид­ные вещества, образующиеся в клетках низших растений (грибов и некоторых бактерий),-антибиотиками, а аналогичные вещества, выделяемые клетками цветковых растений (лука, чеснока, чере­мухи и др.), - фитонцидами. Основоположником учения о фитон­цидах является советский ученый Б. П. Токин. Бактерицидные ве­щества обладают способностью оказывать губительное действие на различные микроорганизмы, убивая или сильно задерживая рост. Как фитонциды, так и антибиотики действуют избирательно, вследствие чего для одних организмов они весьма токсичны, тогда как для других—совершенно безвредны. Фитонциды некоторых растений обладают настолько сильным действием, что убивают насекомых и даже мелких млекопитающих. В настоящее время многие антибиотики получили широкое применение в медицине в качестве лечебных препаратов для борьбы с тяжелыми инфекцион­ными болезнями. Общеизвестны такие препараты, как пенициллин, стрептомицин, синтомицин и др., получаемые в большом количе­стве заводским путем.

В практике сельского хозяйства начинают применяться фитон­цидные препараты для борьбы с различными заболеваниями расте­ний. Так, например, протравливание зерен проса, зараженных пыльной головней, фитонцидами сарептской горчицы повышает урожай проса больше чем в 3 раза. Фитонциды репчатого лука, чеснока, цитрусовых губительно действуют на гриб фитофтору, поражающий картофель.

Ингибиторами называют вещества, подавляющие ак­тивность ферментов и таким образом способствующие торможению некоторых физиологических процессов, протекающих в растении. Тормозящее действие ингибиторов имеет большое биологическое значение. Благодаря ингибиторам при преждевременном потеп­лении ранней весной задерживается распускание почек. Ингибиторы обеспечивают период покоя растений, во время которого не проис­ходит прорастания клубней, семян и т. д.

5. Клеточный сок. Как уже отмечалось, растворимые про­дукты обмена веществ образуют водный раствор, называемый кле­точным соком. Он постепенно накапливается в вакуолях, и для взрослой, полностью дифференцированной клетки характерна одна круп­ная центральная вакуоль, объем которой часто почти равен объему всей клетки. Состав клеточного сока весьма разнообразен и в первую очередь зависит от вида растения. У большинства растений клеточ­ный сок имеет кислую реакцию, исключение составляют огурец, дыня и некоторые другие растения, у которых реакция клеточного сока щелочная.

Помимо веществ, рассмотренных выше (растворимые углеводы, белки, алкалоиды и др.), клеточный сок содержит различные кислоты, соли и пигменты. Из органических кислот чаще встреча­ются яблочная (в плодах яблони, малины, рябины, листьях табака), щавелевая (в листьях щавеля, кислицы, ревеня), винная (в плодах винограда, томата) и лимонная (в плодах лимона, смородины, кры­жовника, земляники). К органическим кислотам принадлежит также бензойная кислота, содержащаяся в плодах брусники и клюк­вы и обладающая способностью предохранять эти растения от различных болезней. Органические кислоты выполняют в клетках растений разнообразные физиологические функции, например уча­ствуют в процессе дыхания. Минеральные соли представлены в кле­точном соке нитратами, фосфатами, хлоридами и другими соединениями. Высоким содержанием нитратов отличаются крапива, щи­рица, картофель, подсолнечник, фасоль. В молодых частях расте­ний обычно накапливаются фосфаты — у лука, чеснока и др. Хлориды характерны для растений, произрастающих на засолен­ных почвах.

Наряду с пигментами пластид у растений известны пигменты клеточного сока, из которых наиболее распространены антоциан и антохлор, относящиеся к гликозидам. Особенностью антоциана является изменение его окраски в зависимости от кислотности среды: в нейтральной среде он фиолетовый, в щелочной — синий и в кислой — красный. Антоциан встречается во всех органах растений — корнях, листьях, цветках, плодах и в зависимости от его концентрации и особенностей организма может давать самые разнообразные окраски — от ярко-красных и синих до почти чер­ных. Часто присутствие антоциана в клетках связано с приспособ­лением растений к неблагоприятным условиям внешней среды и обес­печивает повышение зимостойкости растений. Антохлор встречается преимущественно в венчиках цветков, которым придает желтую окраску (у льнянки, георгина, коровяка и др.), а также в плодах некоторых цитрусовых.

Клеточный сок некоторых растений имеет белую (молочную) окраску, вследствие чего получил название млечного сока. Млечный сок (латекс) вырабатывается многими травянистыми и древесными растениями. Он представляет собой эмульсию или суспензию и содержит до 80 % воды, в которой находятся как за­пасные питательные вещества (сахара, белки, жиры), так и катаболиты (алкалоиды, гликозиды, смолы, дубильные вещества, а также каучук и гуттаперча). Часто в нем встречаются крахмальные зерна своеобразной формы. У некоторых растений млечный сок имеет, желтую (мак) или оранжевую (чистотел) окраску, что обусловлено присутствием различных пигментов. Млечный сок скапливается в специальных элементах — млечниках. Роль млечного сока в жизни растений отчасти связана с хранением питательных веществ, с за­щитой от поедания животными, однако значение его еще недостаточно выяснено.

studfiles.net

Вещества запаса

Категория: Анатомия растений

Вещества запаса

Основная масса запасных веществ, встречающихся в растениях, представлена тремя группами органических соединений: углеводами, жирами и белками. Углеводы и жиры — безазотистые вещества, молекулы которых состоят из углерода, водорода и кислорода. В состав молекул белков кроме этих элементов входят азот, сера и фосфор.

Углеводы — наиболее распространенный тип запасных веществ. Они могут быть представлены моносахаридами, дисахаридами и полисахаридами. К ним относятся глюкоза, или виноградный сахар, и фруктоза. Дисахариды с общей формулой С12Н22О11 возникают вследствие соединения (полимеризации) двух молекул гексоз с потерей одной молекулы воды. Из дисахаридов в растениях распространены тростниковый или свекловичный сахар. Моносахариды и дисахариды находятся в клеточном соке и представляют собой бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде. Эти сахара могут быть обнаружены в клетке только специальными реакциями.

Полисахариды образуются при полимеризации большого числа молекул моносахаров. Общая формула полисахаридов (СбНюОбК- К запасным полисахаридам растений относятся крахмал, инулин и геми целлюлозы, или полуклетчатки. Крахмал и полуклетчатки нерастворимы в воде и спирте, поэтому их отложения легко наблюдать под микроскопом. Инулин со сравнительно невысоким коэффициентом полимеризации растворим в воде, в спирте он выпадает в осадок, образуя сферокристаллы.

У большинства растений в запас откладывается крахмал. Помимо первичного, или ассимиляционного, крахмала, образующегося в хлоропластах при фотосинтезе, в клетках, не имеющих зеленых пластид, в различных частях растения (в корнях, клубнях, семенах, во внутренних зонах стебля) встречается вторичный, или запасной, крахмал в виде зерен, формирующихся в лейкопластах. Запасной белок (алейрон) относится к водорастворимым белкам и накапливается в вакуолях. Наиболее богаты запасным белком семена.

При созревании семян количество воды в вакуолях их клеток постепенно уменьшается, а концентрация белков и солей, находящихся в клеточном соке, увеличивается. В клетках зрелых семян на месте высохших вакуолей остаются сложные образования -— алейроновые зерна. Осаждаясь по мере высыхания вакуолей, часть белка образует кристаллоподобные тела — кристаллиты. Содержащиеся в вакуолях минеральные соли кальция, магния, фосфора и других элементов, выпадая в осадок вместе с белком, образуют блестящие бесцветные округлые тельца — глобоиды. Мелкие алейроновые зерна, без заметной в световой микроскоп структуры, получили название простых, а относительно крупные, в которых хорошо различимы глобоиды и кристаллиты,— сложных.

Жиры и масла встречаются в цитоплазме в виде отдельных мелких капель или содержатся в особых структурах.— элайопластах (от греч. «элайон» — жир). Больше всего жира откладывается в семенах.

По типу веществ, откладывающихся в запас, в хозяйственной практике различают крахмалоносные, сахароносные, масличные и белковые растения.

Запасной крахмал в клубне картофеля клубненосного (Solatium tuberosum L.)

Разрезать клубень картофеля. Небольшое количество мутной, почти белой жидкости, выступившей на поверхности свежего разреза, перенести скальпелем на пред-метное стекло в воду и накрыть покровным стеклом.

Жидкость, находящаяся под покровным стеклом, представляет собой взвесь крахмальных зерен. Если жидкость очень мутна и имеет густо-молочный цвет, часть ее удаляют полоской фильтровальной бумаги и добавляют чистую воду.

При большом увеличении микроскопа можно видеть, что зерна крахмала имеют различную форму и величину. Наиболее крупные из них неправильно-яйцевидные, более мелкие — округлые, вокруг некоторых зерен наблюдается темный, почти черный ободок. Это чисто оптическое явление, обусловленное значительным различием в показателях преломления крахмала и воды. Изменяя положение трубы микроскопа поворотом мик-рометренного винта, нужно добиться исчезновения этого ободка. Крахмальные зерна слоисты. Слоистость, которая лучше заметна при почти закрытой Диафрагме, — следствие постепенного развития крахмального зерна.

Первые молекулы крахмала, полимеризующиеся из Сахаров, поступающих из хлоропластов в лейкопласт, становятся центром крахмалообразования. Вокруг него в дальнейшем откладываются слои крахмала. Они имеют вид чередующихся темных и светлых полос, что, по-видимому, объясняется неоднородностью их структуры и различным содержанием в них воды. При высушивании зерна слои становятся незаметными. Мелкие округлые крахмальные зерна имеют концентрические слои, более крупные зерна эксцентричны, так как центр крах-малообразования у них смещен к периферии лейкопласта, поэтому с той стороны, где масса пластиды больше, крахмальные слои шире.

Рис. 1. Крахмальные зерна картофеля: п — простое зерно, сл — сложные зерна, пс — полусложное зерно, с — слои крахмала

Большинство крахмальных зерен имеет один центр образования. Такие зерна называют простыми. Наряду с простыми в клубнях картофеля встречаются сложные и полусложные зерна. Сложные зерна значительно мельче простых и имеют два или несколько центров образования, вокруг каждого из которых откладываются слои крахмала. Если в дальнейшем вокруг них образуются общие крахмальные слои, возникает полусложное зерно.

Задание. При большом увеличении микроскопа зарисовать простые, сложные и полусложные зерна крахмала.

В заключение работы следует провести цветную реакцию на крахмал с помощью раствора иода в водном растворе иодистого калия. Зерна крахмала становятся синими, темно-синими или почти черными в зависимости от концентрации иода в реактиве, а мелкие кристаллы белка, нередко встречающиеся в препарате, приобретают желтый цвет.

Крахмальные зерна в зерновке овса посевного (Avena sativa L.)

Для изучения крахмальных зерен овса следует размочить в воде зерновку и небольшое количество размоченного содержимого запасающей ткани (эндосперма) перенести препаровальной иглой или стеклянной палочкой в каплю воды на предметное стекло. Вместо зерновок можно использовать крупу «Геркулес».

Крахмальные зерна овса мелкие (около 50—80 мкм в поперечнике), округло-овальные, сложные. При их развитии в лейкопластах возникают многочисленные центры образования крахмала, которые в сформированном зерне, как правило, не видны, их слоистость также незаметна. Сложное зерно легко распадается на отдельные составляющие его зернышки или их небольшие группы. Поэтому в препарате наряду с цельными сложными зернами всегда видны многочисленные очень мелкие угловатые простые зернышки (рис. 2).

Рис. 2. Сложные крахмальные зерна овса

Задание. При большом увеличении микроскопа зарисовать сложное крахмальное зерно и несколько отдельных составляющих его зернышек.

Форма, размеры и строение крахмальных зерен специфичны для определенных видов растений и крупных растительных групп. Например, у бобовых крахмальные зерна овальные, довольно крупные, с четко выраженной слоистостью и хорошо заметной полоской внутри. Крахмальные зерна кукурузы округло-угловатые, мелкие, от 2 до 28 мкм в поперечнике, с хорошо заметным центром образования. Слоистость в них, как правило, не видна.

У ржи и пшеницы крахмальные зерна обычно двух типов: мелкие округлые диаметром 2—9 мкм и крупные линзовидные, 30—40 мкм в поперечнике.

При надавливании на препарат покровным стеклом в зернах появляются радиальные трещины. У ржи они образуются на периферии зерна и до центра не доходят, а у пшеницы расходятся от центра, не доходя до периферии зерна.

В зерновках риса, так же как у овса, имеются крупные сложные зерна, состоящие из большого числа очень мелких, однородных по размерам и форме отдельных зернышек.

У гречихи крахмальные зерна сильно вытянуты в длину, сложные, с очень большим числом центров образования крахмала.

Инулин в подземных органах сложноцветных

Инулин содержится в корневых шишках земляной груши (Helianihus tuberosus L.), георгины (Dahlia sp.), в старых корнях одуванчика (Taraxacum officinale Web. ex Wigg.), в корневищах девясила (Inula helenium L.) и у других представителей семейства сложноцветных.

Инулин растворен в клеточном соке и может быть осажден из него крепким спиртом.

С материала, фиксированного спиртом, делают продольные или поперечные срезы и рассматривают их в глицерине. Отложения инулина имеют вид сферокристаллов (рис. 3), представляющих собой шаровидные или более или менее округлые скопления игольчатых кристаллов, лучисто расходящихся от углов клетки. Иногда в сферокристаллах хорошо видны концентрические слои и радиальные трещины. В каждой клетке может быть несколько сферокристаллов.

Рис. 3. Инулин в клетках клубня топинамбура (земляной груши): С- и. — сферокристаллы инулина, о. к. — оболочки клеток, п. к. — полость клетки, мж — межклетник

Если глицерин, в котором рассматривают срезы, заменить теплой водой, сферокристаллы исчезнут, так как инулин легко растворим в воде.

Запасные вещества в семени гороха посевного (Pisum sativum (L.) Cov.)

Для изучения запасных веществ пригодны фиксированные в спирте недозревшие семена гороха или зрелые семена, которые за 12—24 ч до работы следует замочить в воде. Сняв семенную кожуру, бритвой делают тонкий срез любой части массивных семядолей. Срез кладут на предметное стекло в воду, добавляют маленькую каплю раствора иода в водном растворе йодистого калия и накрывают покровным стеклом. После проведения цветной реакции на крахмал срез можно рассматривать и в глицерине. На срезе нужно найти тонкое место, где клетки лежат в один-два слоя.

Рис. 4. Клетка семядоли гороха с крахмальными и алейроновыми зернами: к. з. — крахмальные зерна, а. з. — алейроновые зерна, мж — межклетник, о. к. — оболочка клетки

При большом увеличении микроскопа хорошо видны более или менее округлые клетки с несколько утолщенными стенками (рис. 4). В местах соединения нескольких клеток имеются межклетники. Полость клетки заполнена крупными продолговатыми крахмальными зернами, между которыми находятся многочисленные, очень мелкие зерна запасного белка (алейрона). После обработки йодным раствором крахмальные зерна приобрели синий, а алейроновые — золотисто-желтый цвет.

Задание. При большом увеличении зарисовать несколько клеток семядоли гороха, отметить их оболочки, межклетники, крахмальные и алейроновые зерна.

Препарат может быть приготовлен и другим способом. Для этого с поверхности семядоли скальпелем соскабливают немного беловатой массы, которую помещают в воду, добавив в нее каплю йодного раствора. На таком препарате можно видеть лишь содержимое клеток. Сами клетки разрушены и поэтому не видны.

Алейроновые зерна и жир в семени клещевины (Ricinus communis L.)

Клещевина относится к группе масличных растений. Масло клещевины известно под названием касторового. В запасающей ткани семени— эндосперме — наряду с жиром содержится большое количество белка.

Рис. 5. Алейроновые зерна из клеток эндосперма клещевины: г — глобоиды, к — кристаллиты, об— оболочка алейронового зерна

Очищенным от кожуры эндоспермом на сухое предметное стекло наносят штрих (мазок), который рассматривают в растворе иода в водном растворе иодистого калия, смешанном с сахарным сиропом чтобы предотвратить образование эмульсии жира и набухание алейроновых зерен. При большом увеличении микроскопа в мазке можно увидеть желтые капли жира и довольно крупные (2— 4 мкм) алейроновые зерна (рис. 5) овальной или чаще грушевидной формы. Клетки эндосперма не видны, так как при изготовлении препарата они разрушаются.

Алейроновые зерна клещевины сложные. В каждом зерне хорошо видно одно или два золотисто-бурых многогранных образования, представляющих собой кристаллиты белка. В суженной части зерна находятся одно, два, реже несколько бесцветных шаровидных телец, состоящих из кальциевых и магниевых солей ино-зитфосфорной кислоты. Это глобоиды. Кристаллиты и глобоиды окружены аморфным белком.

В препарате желательно найти зерна типичной грушевидной формы, у которых глобоиды и кристаллиты расположены в одной плоскости. Если зерно лежит так, что глобоид находится под кристаллитом, то обнаружить его очень трудно.

Несмотря на то что зерна рассматривают в крепком растворе сахара, их кристаллиты довольно быстро набухают и округляются, теряя при этом кристаллоподоб-ные очертания.

Реактивом на жиры и некоторые жироподобные вещества служит 0,5%-ный спиртовой раствор Судана III или Судана IV, который окрашивает жиры в оранжево-красный цвет. Обработку раствором Судана можно проводить на срезах и мазках до йодной реакции.

Задание. При большом увеличении зарисовать несколько неповрежденных алейроновых зерен, отметив в них глобоиды и кристаллиты.

Запасные вещества в зерновке пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.)

В зерновках злаков основная масса запасных питательных веществ локализуется в эндосперме. В нижней части зерновки расположен зародыш (рис. 6).

Для приготовления препарата необходимо сделать поперечный или продольный срез зерновки, предварительно размоченной в воде и затем фиксированной спиртом. Срез кладут на предметное стекло в воду, наносят каплю раствора иода в водном растворе иодистого калия, добавляют глицерин и накрывают покровным стеклом.

На тонком участке среза видно, что эндосперм расположен под многослойными покровами зерновки, состоящими из деформированных клеток с более или менее утолщенными стенками. Внешний слой эндосперма, лежащий непосредственно под покровами, представлен одним рядом плотно сомкнутых, в очертании почти квадратных клеток, заполненных мелкими алейроновыми зернами. Этот слой клеток называют алейроновым.

При 400—600-кратном увеличении микроскопа алейроновые зерна кажутся простыми. При предельных увеличениях (1200—1400 раз) в них можно обнаружить сложное строение, сходное со строением зерен клещевины. Клетки алейронового слоя мельче клеток эндосперма, заполненных многочисленными крахмальными зернами, посиневшими после йодной реакции. Клетки эндосперма глубже расположены и обычно вытянуты перпендикулярно поверхности зерновки.

Рис. 6. Строение зерновки пшеницы. А, Б — схемы строения продольного (А) и поперечного (Б) сечения зерновки; В — клетки наружных слоев эндосперма при большом увеличении микроскопа: о. п. — оболочки плода, з — зародыш, б — борозда, а. с. — алейроновый слой, к. э. — крахмалоносные клетки эндосперма, к. э. — крахмальные зерна, а. з. — алейроновые зерна, я — ядро

На постоянных препаратах, окрашенных гематоксилином, алейроновый слой имеет грязно-фиолетовый или бурый цвет. В средней части клеток этого слоя обычно хорошо видно ядро. Эндосперм не окрашен.

Задание. При большом увеличении зарисовать небольшой участок эндосперма, отметив особенности клеток алейронового слоя.

Клетки алейронового слоя можно также рассмотреть в зерновках ржи, кукурузы и ячменя. В отличие от пшеницы у ячменя алейроновый слой состоит не из одного, а из трех слоев клеток.

gardenweb.ru

Смотрите также

• 
  Фосфор для растений
• 
  Растение на д
• 
  Загадки про растение
• 
  Комнатные растения уход
• 
  Описание растения драцена
• 
  Драцена описание растения
• 
  Растение кошачий коготь
• 
  Кошачий коготь растение
• 
  Тенелюбивые домашние растения
• 
  Комнатные растения глоксиния
• 
  Глоксиния комнатные растения