Работа 38. Защитное действие сахара на протоплазму при замораживании

Свойство растений сохранять жизнеспособность при низких отрицательных температурах называют морозоустойчивостью. Этим свойством на определенных этапах онтогенеза обладают озимые, двулетние и многолетние растения.

У растений, не обладающих морозоустойчивостью, при низких отрицательных температурах в результате замерзания свободной воды в клеточных стенках и межклетниках образуется лед, который оказывает водоотнимающее и механическое действие. В результате механического действия происходит сдавливание клеток и разрыв клеточных структур кристаллами льда, после оттаивания из поврежденных клеток ткани вытекает клеточный сок. В результате водоотнимающего действия наблюдается обезвоживание и коагуляция коллоидов протоплазмы.

Морозостойкие растения имеют различные структурные и физиологические механизмы адаптации к низким отрицательным температурам. К структурным механизмам адаптации относят крупные межклетники, плотные покровные ткани, к физиологическим – низкое содержание свободной воды, снижение интенсивности ростовых процессов, переход в состояние покоя, накопление веществ не чувствительных к низким температурам (сахаров, пектиновых веществ, жиров). Важнейшим свойством морозостойких растений является их способность накапливать осмотически активные вещества – сахара. Так в узлах кущения озимых культур в конце периода закаливания может накапливаться до 25 % сахаров на сухую массу.

Защитную роль сахаров можно наблюдать и в модельных опытах с растениями или тканями, не обладающими морозоустойчивостью. Для этой цели их замораживают в растворах сахарозы различной концентрации. О степени повреждения тканей судят по изменению окраски наружного раствора в связи с вытеканием клеточного сока (при наличии в нем антоцианов) или по способности клеток плазмолировать при помещении их в гипертонический раствор соли.

Цель работы. Определить влияние концентрации сахарозы на состояние тканей корнеплода столовой свеклы при замораживании.

Ход работы. Из корнеплода столовой свеклы пробочным сверлом диаметром 8…10 мм делают высечку длиной 2…3 см. Помещают её на стеклянную пластинку и с помощью ланцета (или лезвия) делают 6…9 тонких срезов, пригодных для микроскопии. Срезы переносят в фарфоровую чашку с водопроводной водой для удаления клеточного сока из порезанных клеток.

В первую пробирку наливают 5 мл воды (контроль). Во вторую – 5 мл 1,0 М раствора сахарозы, во третью – 5 мл 0,5 М раствор сахарозы (готовят путем смешивания 1,0 М раствора сахарозы и воды в соотношении 1:1). В каждую пробирку помещают по 2…3 микроскопических среза. Пробирки этикетируют и помещают в охладительный раствор, который готовят в фарфоровом стакане путем смешивания трех частей снега или измельченного льда и одной части соли. Для определения температуры охладительной смеси в нее одновременно с пробирками помещают термометр. Через 30…35 мин пробирки переносят в стакан с водопроводной водой для оттаивания. Затем содержимое пробирок перемешивают, отмечают интенсивность окрашивания наружного раствора и определяют количество плазмолируемых клеток в каждом варианте. Для этого, начиная с 1 М раствора, содержимое пробирок выливают в фарфоровую чашку, находят микроскопический срез, помещают его на предметное стекло в каплю 1 М раствора NаCl, покрывают покровным стеклом и просматривают в микроскоп при малом увеличении. Определяют количество плазмолизированных клеток, имеющих вид обособленных красных пятнышек на светлом фоне. Результаты наблюдений заносят в табл. 46.

Т а б л и ц а 46. Влияние концентрации сахарозы на морозоустойчивость корнеплода столовой свеклы

Варианты	Температура замораживающей смеси, С	Окраска раствора	Количество плазмолизированных клеток (много, мало, нет)	Состояние тканей после оттаивания (живые, поврежденные, мертвые)
1,0М сахароза
0,5М сахароза
Вода

На основании наблюдений делают выводы о влиянии концентрации сахарозы на жизнеспособность растительных тканей при замораживании.

Вопросы:

1. Что понимают под морозостойкостью и зимостойкостью? Какие растения относят к морозостойким?

2. Назовите причины гибели растений при замерзании растительных тканей.

3. Перечислите механизмы адаптации морозоустойчивых растений к морозу.

4. Что понимают под закаливанием озимых культур? Условия и фазы закаливания.

5. Назовите методы изучения и пути повышения морозоустойчивости растений.

6. Чем объясняется защитное действие сахаров на протоплазму при замораживании?

Материалы и оборудование: корнеплоды столовой свеклы; 1 М раствор сахарозы, 1 М раствор NаСl, поваренная соль, снег или лед; пробирки, фарфоровые стаканы на 1 л, фарфоровые чашки, термометры, лезвия, предметные и покровные стекла, препаровальные иглы, микроскопы, деревянные палочки для перемешивания охладительной смеси, карандаши по стеклу, мерные пипетки на 5 мл.