72. Повышение морозоустойчивости тканей растений

Для опыта нужен корнеплод свеклы сто­ловой, 3 пробирки, штатив, термометр (на —25 °С), лед, поваренная соль, мешалка для льда.

В вакуолях клеток столовой свеклы содер­жится водорастворимый пигмент из группы антоцианов — бетацианин. Поскольку он, как и другие антоцианы, находится только в ваку­олях, для выделения пигмента необходимо повредить мембрану.

Пробочным сверлом из корнеплода вы­режьте 6 небольших одинаковых (2Х0,5 см) пластинок. Тщательно промойте их водой, чтобы удалить антоциан из разрезанных клеток (от этого будут зависеть результаты опыта).

Затем перенесите пластинки в пробирки. В первую налейте на 1/4 объема воду, во вто­рую — столько же 0,5

187

М раствора сахарозы, в третью — столько же 1,0 М раствора сахарозы. Количество раствора в пробирках и количест­во пластинок свеклы в них должно быть оди­наковым.

Пробирки поместите в охлаждающую смесь: к 3 частям снега или мелко истолчен­ного льда добавьте 1 часть поваренной соли и перемешайте. Измерьте температуру смеси. Когда она опустится до —20 °С, содер­жимое пробирок замерзнет.

Через 15—20 мин достаньте пробирки и поставьте в стакан с водой комнатной темпера­туры для оттаивания, после чего сравните окраску раствора в пробирках. В контроль­ной — раствор окрашивается в красный цвет. Выход антоцианов из вакуолей в раствор озна­чает, что клетки погибли, мембраны их раз­рушены и уже не могут удержать содержимое клетки.

В пробирках с 0,5 М и 1,0 М растворами сахарозы цвет отличается от контроля. Чем выше концентрация сахарозы, тем слабее окра­шен раствор. Уменьшение выхода антоциана из тканей корнеплода свеклы, находившихся в растворах сахарозы, свидетельствуют о том, что сахароза оказала защитное действие на цитоплазму клеток при их замораживании. Степень защитного действия зависит от кон­центрации сахарозы: в более концентрирован­ном (1,0 М растворе) повреждение тканей ока­залось минимальным.

Внезапное, в течение 15—20 мин, пониже­ние температуры от +20 до —20 °С вызывает в клетках корнеплода, находившегося в про­бирке с водой, образование льда непосредствен­но в цитоплазме. Кристаллы

188

льда повреждают структуру клеток, клетки погибают. В при­родных условиях такие резкие перепады температуры характерны для весенних за­морозков.

Защитное действие сахарозы во второй и третьей пробирках связано как с поступлением сахарозы из раствора в клетки, так и с выходом воды из клеток в наружный, более концент­рированный раствор. Чем выше количество сахарозы в клетке, тем ниже температура замер­зания цитоплазмы, поскольку сахароза, связы­вая внутриклеточную воду, уменьшает ее под­вижность. Обезвоживание клеток также по­вышает их устойчивость к действию морозов, препятствуя внутриклеточному образованию льда. Не случайно у древесных растений зимой накапливается в клетках до 10 % Сахаров, а у озимых злаков — до 50 %.

Результаты опытов позволяют понять, по­чему для успешной зимовки, как озимых тра­вянистых растений, так и древесных, важна солнечная осень. При пониженных ночных тем­пературах, замедляющих отток Сахаров в дру­гие части растения, в зеленых листьях накап­ливаются углеводы. Самая низкая температу­ра, которую выдерживают наиболее морозо­стойкие сорта озимой ржи — около —30 °С на уровне почвы. Это не слишком высокая сте­пень морозоустойчивости. Ведь почки древес­ных пород в Сибири выдерживают до —70 °С. Такая температура наблюдается в Якутии, где растут ель сибирская, сосна обыкновенная, береза пушистая, осина. Дополнительную мо­розостойкость почкам этих видов придает состояние глубокого покоя, переход в которое сопровождается сильным обезвоживанием клеток, накоплением жиров, углеводов, измене­нием состава белков.

189

Задание. Выясните, повысится ли после пребывания в 0,5 М и 1,0 М растворах сахаро­зы морозоустойчивость клеток мякоти яблок и других окрашенных антоцианами плодов, листьев свеклы столовой и капусты краснокочанной, лепестков цветков.