Запасные питательные вещества в клетках плодов и семян
Добавил пользователь Alex Обновлено: 19.09.2024
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.
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.)
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).
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.
Семя - генеративный орган растения, служащий для размножения и расселения растений. У покрытосеменных (цветовых растений) семя образуется внутри плода из семяпочки (семязачатка).
Функции семени
Отделяясь от материнского организма, семя может прорасти и дать начало новому растению.
Благодаря семенам, некоторые из которых имеют воздушные мешки, дочерние растения могут расти на расстоянии десятков километров от материнского. Прорастая на новых территориях, они занимают их и распространяются.
Семя выживает при таких неблагоприятных факторах, где листостебельное растение погибло бы. Именно семя дает возможность выжить зародышу растения во время зимнего холода, недостатка влаги, летнего зноя.
Строение семени
Семя состоит из семенной кожуры, зародыша и эндосперма. Основную часть семени занимает зародыш, который состоит из зародышевого корешка, зародышевого стебелька с зародышевой почечкой, и зародышевых листьев - семядолей, которые при прорастании семени становятся первыми эмбриональными листьям саженца.
Семенная кожура - обязательный атрибут семени, представляет собой многослойное образование, защищающее внутреннее содержимое семени от высыхания и преждевременного прорастания. Может иметь на поверхности различные образования. На семенной кожуре всегда можно найти след (рубчик) от семяножки, соединявшей семя со стенкой плода. Рядом с рубчиком находится еще одно отверстие - семявход (микропиле), через которое при намачивании внутрь семени поступает вода, после чего начинается важный процесс - набухание семени.
Эндосперм - запасающая ткань семени растения, необходимая для роста и развития зародыша. В некоторых семенах эндосперм может отсутствовать, в этом случае его функцию на себя берет семядоля. Эндосперм в семени есть у подавляющего большинства однодольных (лука, ландыша, пшеницы) и двудольных (тмина, хурмы, фиалки). Отсутствует эндосперм в семенах бобовых, тыквенных, сложноцветных (гороха, подсолнечника, фасоли, тыквы).
В семенах злаковых находится одна семядоля, которую называют - щиток. Щиток выполняет функцию транспорта питательных веществ из эндосперма к зародышу.
Прорастание семени
При этом вода поступает через семявход внутрь семени. Как только это происходит, питательные вещества начинают растворяться в воде, и становится возможным их усвоение для зародыша. При полном погружении в воду, в которой мало растворенного кислорода (кипяченая вода), семена могут погибнуть из-за нехватки кислорода.
А точнее - кислорода. Клетки зародыша дышат, поглощают кислород и выделяют углекислый газ.
До момента, когда растение начнет фотосинтезировать - вся надежда только на запасные вещества. Они содержатся либо в семядоли (семядолях), либо - в эндосперме.
Как видно из картинки выше, удаление семядоли значительно замедляет рост и развитие растения (у 1 и 2 растения слева). У растения справа (3) сохранены обе семядоли, оно опережает в росте и развитие растение (2).
Для каждого вида растения температура своя. Есть растения, которые прорастают при температуре выше 15°C - огурцы, кукуруза, перец. Другие адаптированы к гораздо меньшим температурам, чуть выше +2 °C - укроп, рожь, морковь, редис, пшеница. Это обусловлено эволюционно, в зависимости от климата в регионе места происхождения растения. Исходя из этого, растения подразделяются на теплолюбивые и холодостойкие.
Семена некоторых растений не способны прорастать без освещения: марь белая (лебеда), салат латук, сельдерей. Свет стимулирует прорастание семян многих растений, активируя зародыш посредством фотохимической реакции. Также существуют растения, семена которых способны прорастать только в полной темноте - лук, конопля.
В данном случае руководствуются общим правилом: чем меньше семена, тем более поверхностно их закладывают. Семена фасоли закладывают на 4-5 см, а очень мелкие семена, не закапывая, сеют на самой поверхности почвы: семена земляники, мака, мяты, наперстянки, подорожника.
Если все условия прорастания семян соблюдены, то образуется проросток. Проросток - стадия онтогенеза растения с момента выхода зародыша из семенной кожуры.
Типы прорастания семян
При надземном типе прорастания семядоли с почкой выносятся в воздушную среду над поверхностью почвы и становятся первыми фотосинтезирующими листьями (зародышевые листья). Такой тип прорастания имеется у редьки, тыквы, фасоли, огурцов, лука, капусты, томатов.
Семядоли не выносятся на поверхность почвы, а остаются в ней. Поверхности почвы достигает только почка с первыми листьями. Характерно для гороха, дуба, лещины, пшеницы.
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
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). Запасные вещества в клубнях картофеля
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
| Семена | Содержание (%) | Семена | Содержание (%) | ||
| жира | углеводов | жира | углеводов | ||
| Клещевины | 60—65 | 15 | Кукурузы | 5,8 | 66 |
| Кокосовой пальмы | 65 | 12 | Овса | 5,3 | 60 |
| Подсолнечника | 45—55 | 10 | Гречихи | 2,7 | 72 |
| Мака | 40—50 | 25 | Гороха | 1,9 | 53 |
| Миндаля | 40—45 | 20 | Пшеницы | 1,8 | 59 |
| Льна | 30—35 | 25 | Риса | 1,3 | 77 |
| Конопли | 30—35 | 20 | |||
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%. Семена бобовых растений
Высокий процент белка в семенах бобовых объясняется способностью их усваивать атмосферный азот при участии клубеньковых бактерий, (подробнее: Значение азота в жизни растений).
Эти расчеты сделаны для мукомольных целей. С точки зрения семеноведа алейроновый слой является частью эндосперма и при прорастании источником питательных веществ для зародыша.
Весовое соотношение частей зерна у разных сортов кукурузы, по нашим данным, характеризуется следующими величинами (в %):
При оценке приведенных показателей необходимо учесть, что соотношение частей зерна меняется в зависимости от сортовых особенностей, крупности, степени созревания и т. д.
Весовое соотношение (в %) оболочки, семядолей и почечки семян гороха разной крупности может быть иллюстрировано следующими показателями (Марек).
Читайте также: