Экология растений и фотосинтез (стр. 4 )

В другом варианте серная кислота, содержащаяся в воздухе больших городов, образует туман из мельчайших капелек. Попа­дая на растение в больших концентрациях, она вызывает ожоги, а в малых очень быстро проникает через устьица внутрь межклет­ников, энергично отнимает воду от углеводов, образующихся в процессе фотосинтеза, вызывая гибель клеток и обугливание тка­ней листа:

С12Н22О11 12С + 11Н2О.

Живая клетка отличается от мертвой хорошо выраженным плаз­молизом.

Оборудование, реактивы, материалы

1) микроскоп; 2) предметные и покровные стекла; 3) эксикатор; 4) бритва; 5) концентрированная серная кислота, разведенная дис­тиллирован­ной водой (1:1); 6) 1 М раствор сахарозы; 7) листья раз­ных древесных растений.

Ход работы

Берут листья разных древесных растений, растущих в относи­тельно чистой зоне, но встречающихся в уличных посадках города. Из листа растения вырезают пластинки размером 2-4 см2 и кладут в эксикатор над серной кислотой, разбавленной в соотношении 1:1. Пластинки выдерживают в течение 2-3 часов, затем делают срезы, окрашивают «нейтральным красным» и плазмолизируют молярным раствором сахарозы, просасывая его между предметными и покров­ными стеклами. Просматривают под микроскопом в разных полях зрения и подсчитывают оставшиеся живыми клетки по возникше­му плазмолизу. Чем больше осталось живых клеток, тем лучше рас­тение выносит обезвоживание.

Строят ряд устойчивости клеток разных растений к обезвожи­ванию (устойчивости к сернистому газу).

Можно одновременно определить и содержание воды в выре­занных пластинках листа. В этом случае можно узнать не только число оставшихся живых клеток, но и при каком содержании воды устойчивость выше.

В случае отсутствия древесных растений можно использовать комнатные.

Работа № 7. Влияние низких температур

на коагуляцию белков у растений

Большинство растений средних и северных широт подвергается действию низких температур. Устойчивость к этому фактору опреде­ляется генетическими свойствами растений, их физиологическим состоянием. Особенно сильно страдают южные интродуценты в бо­танических садах, также сельхозкультуры, ввезенные из южных ши­рот в более северные (кукуруза, томаты, перец, в отдельные годы – картофель). Это выражается в обратимой или необратимой потере листьями тургора, частичной или полной гибели ассимилирующей поверхности. Страдают в первую очередь молодые листья, плохо од­ревесневшие побеги. Это явление сглаживается при наличии в кле­точном соке защитных веществ (криопротекторов), роль которых выполняют сахара, свободные аминокислоты, соли органических и неорганических кислот. Сахара образуются в процессе фотосинтеза и их накопление у определенных групп растений смягчает или предот­вращает коагуляцию белков.

Оборудование, реактивы, материалы

1) центрифуга; 2) центрифужные пробирки; 3) термометр; 4) ступ­ки с пестиками; 5) смесь; снег-соль (3:1); 6) сахароза; 7) дистиллиро­ванная вода; 8) листья различных растений.

Ход работы

1. Взвесить 2-3 г молодых листьев акации белой или катальпы (неморозостойкие породы), тополя черного (морозостойкая поро­да) или листья комнатных растений, растереть в ступке с 4 мл воды, добавив 6 мл при смывании, отделить обрывки тканей центрифуги­рованием и разлить зеленый раствор хлорофилл-протеида в пробир­ки. Следует отметить, что у комнатных растений зимой белок образуется плохо, поэтому надо увеличивать навеску до 3-5 г.

Заморозить растворы во всех пробирках в смеси снег – соль или лед – соль, рассматривая их через каждые 5 мин; отметить разницу в замерзании растворов от разных растений.

Растопить образовавшийся лед и подвергнуть растворы центрифугированию. Отметить разницу в величине осадка, представляю­щего коагулированный хлорофилл-белковый комплекс.

Опыт показывает разное время замерзания растворов и раз­ную степень коагуляции белков у различных растений при замо­раживании.

2. Подготовить растертый образец, как указано выше, и до замо­раживания добавить в пробирку сахарозу до полного ее растворе­ния при встряхивании и перемешивании. Заморозить растворы хлорофилл-белкового комплекса с сахарозой и без нее, проследить коагуляцию белка и защитное действие сахарозы.

Использовать следующую градацию;

1. Начало замерзания (гомогенная масса с кристаллами льда) – «+».

2. Частичное замерзание (множественные кристаллы льда, но не сплошной слой) – «++».

3. Полное замерзание (появление сплошного слоя льда; при пе­ревертывании пробирки вода не выливается) – « + + + ».

Результаты записать в таблицу

Вариант	Время, мин	Величина осадка, мм
	5	10	15	20	25	30

Приготовление охладительной смеси

К трем частям снега или битого льда добавить одну часть пова­ренной соли, тщательно перемешать лопаточкой (температура дол­жна быть –20 °С). Изолировать смесь в ведерке плотной бумагой. Лед предварительно наморозить в морозилке и сложить в 2-3-лит­ровый широкогорлый термос.

Для охлаждения можно пользоваться и сухим льдом, однако его нельзя хранить в замкнутом пространстве (термосе), т. к. при осво­бождении газа может быть взрыв.

Работа № 8. Определение устойчивости растений

к засолению почвы и воздуха

На территории нашей страны и сопредельных государств встре­чаются засоленные почвы, которые особенно характерны для засуш­ливых районов. Наиболее широко распространены засоленные почвы в Казахстане, на юге Западной Сибири, Среднем и Нижнем Поволжье, на юге Украины, Северо-Восточном Предкавказье, Сред­неазиатских государствах. Это почвы, содержащие в своем профи­ле легкорастворимые соли в токсичных количествах. Влияние таких солей на растения – мощный экологический фактор, сдерживаю­щий их нормальный рост. В основном засоление почвы в той или иной степени вызывается следующими солями: NaCl, Na2SO4, Na2CO3, MgCl2, MgSO4.

В районах широкого распространения соленых озер и солонча­ков (озерные системы Аральского региона Туркмении, озера Тувы, Хакасии) большую роль в переносе солей играют ветровые процес­сы. При переносе солей ветром на поверхности суши может отла­гаться (по подсчетам Ф. Кларка) от 2 до 20 т легкорастворимых солей на 1 км2. Для степных экосистем и полупустынь Закавказья приво­дится цифра 47 т на км2 в год (Ковда, 1973). Эти соли попадают на растения и воздействуют на них в виде солевой пыли, в виде ра­створов (с утренней росой), переносятся на огромные расстояния и выпадают в виде солевых осадков. Из почвенных растворов засо­ленных почв растения с трудом извлекают минеральные вещества и воду для своей жизнедеятельности. Соли также применяются (пре­имущественно NaCl) на улицах городов для борьбы с гололедом, их растворы проникают в почву и наносят большой вред растениям.

В данной работе приводятся три опыта, охватывающие все вы­шеприведенные случаи повреждения растений. При этом они мо­гут ставиться как отдельно, так и вместе в зависимости от цели и продолжительности занятия (2 или 4 часа). В опытах могут ис­пользоваться соли тяжелых металлов, являющиеся сильными заг­рязнителями биосферы.

Оборудование, реактивы, материалы

1) большие пробирки или цилиндры на 100 мл; 2) штативы к пробиркам; 3) мерные пробирки или цилиндры; 4) технохимические весы; 5) разновесы; 6) острая бритва; 7) соли NaCl, Na2CO3; 8) вода; 9) веточки разных растений с 3-4 одинаковыми неболь­шими листьями (березы, тополя, яблони и др.).

Опыт 1

Влияние опудривания растений солями на их устойчивость

Опыт иллюстрирует влияние на растения ветровых отложе­ний солей.

Ход работы

Ветки разных древесных растений взвешивают и уравнивают (пу­тем подрезания) до одинаковой массы, выдерживают в воде 15 мин до их насыщения влагой, вынимают, обсушивают фильтровальной бумагой, обрабатывают смачивателем (1-2 %-й раствор зеленого мыла или ОП-7, ОП-10). Роль смачивателя в естественной обста­новке выполняют растворы некоторых солей, образующих гель, гуминовые и фульвокислоты, содержащиеся в эоловых переносах, а главное – выделения самих растений.

После этого срез ветки быстро обновляют бритвой и ставят в со­суд (большую пробирку или цилиндр) со строго дозированным ко­личеством водопроводной отстоянной воды. Отверстие сосуда плотно закрывают листочком станиоля, пробирки надписывают.

Соли (NaCl, Na2CO3) растирают в ступке до мелкодисперсного состояния. Кусочки ваты рыхло накручивают на палочку, затягива­ют ниткой и используют как кисточку, которой опудривают равно­мерно листья, черешки, кору подопытных растений солями. Контролем служат растения без опудривания.

Ветки выставляют на рассеянный свет на 1-2 недели, избегая сильного их нагревания. Затем учитывают такие признаки, как по­теря тургора, появление инфильтрационных просвечивающих пя­тен, появление некрозов (отмершей ткани), подсыхание краев листа, их скручивание и др. Одновременно измеряют поглощение воды из пробирок (цилиндров), используя мерную пробирку.

В результате решаются следующие задачи.

1. Определяются степень и характер повреждения листьев раз­ными солями, при этом определяется на глаз (в процентах от всей площади листьев) площадь, занятая некрозами.

2. Сравнивается степень поглощения воды ветками разных рас­тений при опудривании различными солями.

3. Проводится сравнительная оценка солеустойчивости разных растений к разным видам солей.

Опыт 2

Опыт имитирует влияние солевых осадков на лист (или вы­павшей росы на солевой покров листа), т. е. действие на лист ра­створа солей.

Ход работы

Ветки разных видов древесных растений с одинаковым числом листьев выравнивают путем взвешивания, как и в предыдущем опы­те, выдерживаются путем полного погружения в 5 %-е растворы солей (NaCl, Na2CO3) в течение 15, 30, 45 минут.

Контрольные ветви выдерживают в воде. Для опыта требуется не менее четырех веток каждого вида. После этого срезы быстро об­новляют бритвой и ветви ставят в воду (одинаковое количество во всех опытах и контрольных вариантах). Испарение воды из проби­рок предотвращают изолированием фольгой. Через 1-2 недели про­изводится оценка состояния растений и измерение поглощенной воды по схеме, предложенной в предыдущем опыте. Делаются соот­ветствующие выводы.