Содержание

10. Осмотические свойства  клетки. Тургор. Плазмолиз  и деплазмолиз

     Осмотическими называют явления, происходящие в системе, состоящей из двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной. В растительной клетке роль полупроницаемых пленок выполняют пограничные слои цитоплазмы: плазмалемма и тонопласт.

     Плазмалемма - наружная мембрана цитоплазмы, прилегающая к клеточной оболочке. Тонопласт - внутренняя мембрана цитоплазмы, окружающая вакуоль. Вакуоли представляют собой полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком - водным раствором углеводов, органических кислот, солей, белков с низким молекулярным весом, пигментов.

     Концентрация  веществ в клеточном соке и во внешней среде (в почве, водоемах) обычно не одинаковы. Если внутриклеточная концентрация веществ выше, чем во внешней среде, вода из среды будет поступать в клетку, точнее в вакуоль, с большей скоростью, чем в обратном направлении. При увеличении объема клеточного сока, вследствие поступления в клетку воды, увеличивается его давление на цитоплазму, плотно прилегающую к оболочке. При полном насыщенииклетки водой она имеет максимальный объем. Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку носит название тургора (рис. 1, А). Тургор обеспечивает сохранение органами формы (например, листьями, неодревесневшими стеблями) и положения в пространстве, а также сопротивление их действию механических факторов. С потерей воды связано уменьшение тургора и увядание.

     Если  клетка находится в гипертоническом растворе, концентрация которого больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора. Вследствие выхода воды изклетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки - происходит плазмолиз.

     В ходе плазмолиза форма плазмолизированного  протопласта меняется. Вначале протопласт отстает от клеточной стенки лишь в отдельных местах, чаще всего  в уголках. Плазмолиз такой формы  называют уголковым (рис. 1, Б).

     Затем протопласт продолжает отставать от клеточных стенок, сохраняя связь с ними в отдельных местах, поверхность протопласта между этими точками имеет вогнутую форму. На этом этапе плазмолиз называют вогнутым (рис. 1, В).

     Постепенно  протопласт отрывается от клеточных  стенок по всей поверхности и принимает округлую форму. Такой плазмолиз носит название выпуклого (рис. 1, Г).

     Если  у протопласта связь с клеточной  стенкой в отдельных местах сохраняется, то при дальнейшем уменьшении объема в ходе плазмолиза протопласт приобретает  неправильную форму. Протопласт остается связанным с оболочкой многочисленными нитями Гехта. Такой плазмолиз носит название судорожного (рис. 1, Д).

     Если  плазмолизированную клетку поместить  в гипотонический раствор, концентрация которого меньше концентрации клеточного сока, вода из окружающего раствора будет поступать внутрь вакуоли. В результате увеличения объема вакуоли повысится давление клеточного сока на цитоплазму, которая начинает приближаться к стенкамклетки, пока не примет первоначальное положение - произойдет деплазмолиз.

Рис. 1. Плазмолиз растительной клетки:

А - клетка в состоянии  тургора; Б - уголковый; В - вогнутый; Г - выпуклый; Д - судорожный.

1 - оболочка, 2 - вакуоль, 3 - цитоплазма, 4 - ядро, 5 - нити Гехта. 

17. Опишите вещества, вырабатываемые протопластом растительной клетки: витамины, гормоны, ферменты, фитонциды, эфирные масла, антибиотики, дубильные вещества и их использование в народном хозяйстве

     Протопласт - активное содержимое растительной клетки. Основной компонент протопласта - белок . Клеточная оболочка и вакуоль представляют собой продукты жизнедеятельности протопласта.

     Витамины - очень сложные по структуре и физиологической активности вещества, которые крайне необходимы для нормальной жизнедеятельности растений. Витамины контролируют общий ход обмена веществ в растениях.

     Применение. Большое число растений служат основными поставщиками витаминов, которые содержатся в ветеринарных препаратах, кормовых добавках.

     Гормоны - физиологически активные вещества, регулирующие процессы роста и развития. Фитогормоны — низкомолекулярные органические вещества, вырабатываемые растениями и имеющие регуляторные функции. Фитогормоны вызывают различные физиологические и морфологические изменения в чувствительных к их действию частях растений. Фитогормоны обладают широким спектром действия. Фитогормоны регулируют многие процессы жизнедеятельности растений: прорастание семян, рост, дифференциацию тканей и органов, цветение, созревание плодов и т. п. Образуясь в одном органе (или его части) растения, фитогормоны обычно транспортируются в другой (или его часть). Общепринята классификация, в которой среди растительных гормонов выделяют 5 основных групп классических гормонов. Гормоны разных растений могут отличаться по химической структуре, поэтому они сгруппированы на основании их эффекта на физиологию растений и общему химическому строению.

     Приведем  несколько примеров использования  фитогормонов  народном хозяйстве. Синтетические ауксины используют для усиления корнеобразования у черенков, которые без этого плохо укореняются; для получения партенокарпических плодов, например у томатов в теплицах, где условия затрудняют опыление и т.п. В высоких концентрациях синтетические ауксины применяются в качестве гербицидов для борьбы с некоторыми сорняками. Важное свойство цитокининов - их способность замедлять старение, что особенно ценно для зеленых листовых овощей. Под действием некоторых синтетических фитогормонов, созданных в последние полвека, укорачиваются междоузлия растений, стебли становятся более жесткими, а листья приобретают темно-зеленую окраску. Повышается устойчивость растений к засухе, холоду и загрязнению воздуха.

     Ферменты  растений. 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, ассимиляция, синтез и распад белков и т. д. — могут совершаться только под воздействием определенных ферментов. Ферменты отличаются от неорганических катализаторов высокой специфичностью, т. е. действие одного фермента строго ограничено одним веществом или группой близких веществ.

     В настоящее время известно свыше 800 различных ферментов, которые по характеру своего действия подразделяются на 2 основные группы — гидролитические и десмолитические ферменты. К гидролитическим относятся все ферменты, вызывающие гидролиз Сахаров, жиров, гликозидов и других органических веществ. Деемолитические ферменты вызывают разрыв связи между атомами углерода, что обусловливает освобождение большого количества тепловой энергии. Деемолитические ферменты обеспечивают такие важные жизненные процессы, как дыхание (перокси-дазы, каталазы), брожение и многие, другие.

     Применение. Следует отметить, что большинство ферментов, имеющих важное значение в промышленности и сельском хозяйстве, относятся к ферментам, выступающим катализаторами при расщеплении или «гидролизе» крупных органических молекул,таких как крахмал, целлюлоза и белок. Эти ферменты фактически атакуют сложные молекулы, ускоряя процесс их расщепления до более простых веществ. Эти ферменты называются гидролитичекими или гидролазами.

     Фитонциды — образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие бактерий, микроскопических грибов, простейших. Характерными представителями фитонцидов являются эфирные масла, извлекаемые из растительного сырья промышленными методами. Фитонцидами называют все секретируемые растениями фракции летучих веществ, в том числе те, которые практически невозможно собрать в заметных количествах. Эти фитонциды называют также «нативными антимикробными веществами растений». Химическая природа фитонцидов не существенна для их функции, это может быть комплекс соединений — гликозидов, терпеноидов, дубящих веществ и др., т. н. вторичных метаболитов.

     Нативные  фитонциды играют важную роль в иммунитете растений и во взаимоотношениях организмов в биогеоценозах. Выделение ряда фитонцидов усиливается при повреждении растений. Летучие фитонциды способны оказывать своё действие на расстоянии, например фитонциды листьев дуба, эвкалипта, сосны и многих др. Сила и спектр антимикробного действия фитонцидов весьма разнообразны. Фитонциды чеснока, лука, хрена, красного перца убивают многие виды простейших, бактерий и низших грибов в первые минуты и даже секунды. Летучие фитонциды уничтожают простейших (инфузорий), многих насекомых за короткое время (часы или минуты). Фитонциды — один из факторов естественного иммунитета растений (растения стерилизуют себя продуктами своей жизнедеятельности). Защитная роль фитонцидов проявляется не только в уничтожении микроорганизмов, но и в подавлении их размножения, в отрицательном хемотаксисе подвижных форм микроорганизмов, в стимулировании жизнедеятельности микроорганизмов, являющихся антагонистами патогенных форм для данного растения, в отпугивании насекомых и т. п.

     Приведем  несколько примеров применения фитонцидов в народном хозяйстве. Фитонциды  применяются и для хранения плодов, овощей, плодоовощных соков. Когда в  герметически закупоренный сосуд с плодами или ягодами помещают кашицу из натертого хрена, они могут сохраняться несколько месяцев. Высокой активностью обладает и фитонцид горчицы — аллиловое масло. Если на литр виноградного сока добавить 25 мг этого масла, сок долго сохраняет свои свойства и не портится. Фитонциды оказывают существенное влияние на жизнедеятельность растений. Например, выделяемый некоторыми плодами газ этилен стимулирует созревание плодов томата, лимона, апельсина и других растений и усиливает опадение листьев, а фитонциды луковиц черемши оказывают тормозящее действие на рост и развитие соседних растений.

     Эфирные масла, большей частью жидкие, летучие, сильно пахучие и едкого жгучего вкуса, тела различного состава; встречаются особенно в тех семействах растений, которые отличаются сильным запахом. Содержатся преимущественно в цветах, семенах и плодов. Эфирные масла применяются преимущественно для ароматизации пищевых продуктов, напитков, изделий бытовой химии, в фармацевтической промышленности, в медицине и ароматерапии, а также как растворители (скипидар). Наибольшее применение имеют эфирные масла цитрусовых, мятное эфирное масло и скипидары, полученные из хвойных деревьев.

     Антибиотик - вещество способное подавлять рост микроорганизмов или вызывать их гибель. Антибиотики растительного происхождения называют фитонцидами (см. выше). Это хлорелин, томатин, сативин, получаемый из чеснока, и алин, выделяемый из лука. Антибиотики широко применяются в ветеринарной практике, для борьбы с рядом болезней растений (груш, бобов и перца) и для очистки вирусных препаратов. Фермеры добавляют антибиотики в корм для ускорения роста домашней птицы, свиней и коров.

     Дубильные вещества - вяжущие вещества растительного происхождения. В растениях (в коре, древесине, корнях, листьях, плодах) они являются или как нормальные продукты их жизнедеятельности (физиологические дубильные вещества), или же составляют (патологические дубильные вещества) более или менее значительную часть болезненных наростов, образующихся на листьях и других органах некоторых видов дуба и сумаха вследствие укола, производимого насекомыми. Дубильные вещества в основном аморфны, имеют более или менее ясно выраженный кислотный характер и обладают замечательным свойством (по преимуществу физиологические дубильные вещества) дубить кожу (шкуры), то есть отнимать у них в значительной мере способность к гниению и затвердеванию при высыхании. Травы с повышенным содержанием дубильных веществ применяют для полоскания при ангине и воспалении десен, но прежде всего - как средство против диареи.

44. Анатомическое строение стеблей травянистых растений из класса двудольных и однодольных. Приведите рисунки

     1. Строение стебля двудольных растений