Удивительные опыты с растениями

38. Влияние газообразных выделений растений на прорастание семян

Выясните, как влияют летучие выделения растений (фитонциды) на прорастание семян гороха.
Для проведения опыта нужны наклюнувшиеся семена гороха посевного или другого вида растений, листья комнатных растений (алоэ древовидное, пеларгония зональная), 2 чашки Петри (или пол-литровые банки), пластилин, ступка с пестиком, фильтровальная бумага.
В центре чашки Петри из пластилина сделайте бортик, тщательно прикрепляя его ко дну (рис. 18). Вокруг бортика поместите смоченное водой кольцо из фильтровальной бумаги и расположите на нем по периметру чашки на равном расстоянии друг от друга 10 семян гороха.

Рис. 18. Схема опыта по изучению действия летучих соединений растений на прорастание семян

В ступке с песком разотрите 5 г ткани исследуемого растения. Поместив кашицу в углубление, ограниченное бортиком, быстро закройте чашку и поставьте в теплое место.
В контрольную чашку в углубление вместо кашицы налейте чистую воду.
Регулярно следите за состоянием семян и при необходимости увлажняйте фильтровальную бумагу. Отметьте, на какие сутки от начала опыта наблюдается прорастание семян. Когда корешки в одной из чашек Петри достигнут 1–1,5 см, проведите учет их длины у каждого семени и вычислите среднюю длину корешка, а также процент проросших семян.
Средние значения длины корней, процент проросших семян в каждом варианте занесите в таблицу.
Результаты опыта показывают, что летучие выделения листьев могут оказывать на прорастание семян и рост корней гороха посевного как стимулирующее (алоэ древовидное), так и тормозящее (пеларгония зональная) действие.
В состав летучих соединений, получивших общее название фитонцидов (от греч. «фитон» – растение, «цидо» – убиваю), входят эфирные масла, альдегиды уксусной и пропионовой кислот, метиловый и этиловый спирты, полифенолы и другие соединения.
К образованию комплекса летучих соединений способны все растения, причем повреждение клеток усиливает выделение фитонцидов. Именно поэтому при проведении описанного выше опыта рекомендуется использовать кашицу, получаемую путем растирания листьев.
Состав и количество химических веществ, выделяемых растениями, специфичны для каждого вида, что сказывается на характере их взаимоотношений. Например, ясень обыкновенный, осина, липа мелколистная, клен ясенелистный подавляют, а береза бородавчатая, клен остролистный – стимулируют рост дуба. Напротив, сосна обыкновенная отрицательно реагирует на выделение газообразных веществ листьями березы бородавчатой.
Химические вещества, выделяемые листьями и корнями высших растений, играют важную роль в формировании сообществ растений (фитоценозов).

39. Бактерицидное действие фитонцидов горчицы

Фитонциды растений обладают мощным бактерицидным действием. Например, фитонциды чеснока, лука, хрена, горчицы убивают многие виды бактерий, простейших, низших грибов в течение нескольких минут и даже секунд. Изучите бактерицидные свойства фитонцидов горчицы черной.
Для опыта нужна горчица пищевая в виде порошка или пасты, вареное яйцо, колба емкостью 500 мл, пробка с крючком, сургуч.
На дно колбы поместите немного разведенной в теплой воде горчицы. На крючок, приделанный к пробке, подвесьте в сеточке очищенное от скорлупы яйцо. Опустите сеточку с яйцом в колбу таким образом, чтобы оно не касалось слоя горчицы, и плотно закройте колбу пробкой. Для герметичности можно залить пробку сургучом или парафином.
Под действием фитонцидов горчицы, основным компонентом которых являются аллилгорчичные масла, происходит стерилизация воздуха у поверхности яйца. В атмосфере летучих выделений горчицы яйцо может сохраняться без признаков порчи продолжительное время. Описан опыт, в котором куриное яйцо в колбе сохранялось свежим благодаря горчице в течение 20 лет (рис. 19).

Рис. 19. Свежее яйцо двадцатилетней давности

Количество фитонцидов, выделяемых различными растениями, неодинаково. 1 га соснового леса выделяет за сутки около 5 кг летучих фитонцидов, а можжевелового – около 30 кг. Фитонциды являются одним из факторов естественного иммунитета: растение стерилизует себя продуктами собственной жизнедеятельности.

Задание. Проверьте, используя описанную методику, бактерицидное действие фитонцидов чеснока, хрена, лука.

Раздражимость и движения у растений

День начинается,
Хмель завивается!
Выпустит листик,
Сделает винтик,
С веткой обнимется,
Кверху поднимется.

В.Боков

Для растений движения так же естественны, как и для животных. Но поскольку большинство растений не способно к перемещению в пространстве, многие люди считают их неподвижными. Даже известный французский биолог Жан Батист Ламарк в свое время дал растениям такое определение: «Растения представляют собой живые организованные тела, части которых никогда не обладают раздражимостью. Они не переваривают пищи и не способны двигаться ни под влиянием волн, ни вследствие истинной раздражимости». Заметим, что Ламарк выделил 3 основных критерия, по которым различают растения и животных: наличие у животных организмов раздражимости, способности к движению и способности к перевариванию пищи.
Справедливость восторжествовала только в конце XIX в. Исследования Ч.Дарвина в 1865–1880 гг., индийского ученого Д.Ч. Боса в 1895–1937 гг., русских ученых И.Ф. Леваковского и Т.И. Вяземского в 1860–1901 гг. показали, что раздражимость так же свойственна растениям, как и животным.
Изучение способности растений к движениям Ч.Дарвин начал сразу же после выхода в свет знаменитой книги «Происхождение видов путем естественного отбора». На основании изучения более 100 видов лазящих и вьющихся растений, 31 вида хищных растений, принадлежащих к 11 родам, ученый сделал вывод о способности растений к восприятию раздражения и проведению возбуждения по тканям.
В итоговой книге «Способность к движению у растений» великий естествоиспытатель с удовлетворением заключил: «В настоящий момент мы знаем, что движение растений происходит постоянно и что только его размах или направление или то и другое вместе должны видоизменяться для пользы растения соответственно внешним и внутренним стимулам».
Доказательство единства, физиологической общности процессов раздражимости у растений и животных – одно из величайших достижений биологии конца XIX – начала XX в.

Раздражимость растений

Что же такое раздражимость? Это способность организма воспринимать воздействия внешней и внутренней среды и реагировать на них изменением процессов жизнедеятельности.
Спектр внешних воздействий, воспринимаемых растением, широк – свет, температура, сила тяжести, химический состав окружающей среды, магнитное поле Земли, механические и электрические раздражения.
У растений так же, как и у животных, восприятие раздражения и ответная реакция, например двигательная, пространственно разобщены. Передача раздражения (проведение возбуждения) может осуществляться путем возникновения и распространения по растению электрического потенциала, т.н. потенциала действия.
В существовании электричества у растений можно убедиться на довольно простых опытах.

40. Обнаружение токов повреждения в разрезанном яблоке

Так называемые токи повреждения были впервые обнаружены в конце XVIII в. итальянским ученым Луиджи Гальвани у животных организмов. Если разрезать отпрепарированную мышцу лягушки поперек волокон и подвести электроды гальванометра к срезу и продольной неповрежденной поверхности, гальванометр зафиксирует разность потенциалов около 0,1 В.
Первые доказательства существования аналогичных процессов у растений были получены спустя почти 100 лет, когда стали измерять токи повреждения на разных растительных тканях. Срезы листьев, стебля, репродуктивных органов, клубней всегда оказывались заряженными отрицательно по отношению к здоровой ткани.
Итак, вернитесь в 1912 г. и повторите опыт с измерением потенциалов надрезанного яблока. Для опыта кроме яблока нужен гальванометр, способный измерить разность потенциалов около 0,1 В.
Яблоко разрежьте пополам, удалите сердцевину. Если оба электрода, отведенных к гальванометру, приложить к наружной стороне яблока (кожуре), гальванометр не зафиксирует разности потенциалов. Один электрод перенесите во внутреннюю часть мякоти, и гальванометр отметит появление тока повреждения.
Кроме яблока можно измерить токи повреждения, достигающие 50–70 мВ, у срезанных стеблей, черешков, листьев.
Как показали более поздние исследования, средняя скорость тока повреждения в стебле и черешке составляет около 15–18 см/мин.
В неповрежденных органах биотоки тоже постоянно существуют, но для их измерения нужна более чувствительная аппаратура.
Установлено, что ткань листа заряжена электроотрицательно по отношению к центральной жилке, верхушка побега заряжена положительно по отношению к основанию, листовая пластинка – положительно по отношению к черешку. Если стебель положить горизонтально, то под действием силы земного тяготения нижняя часть его становится более электроположительной по отношению к верхней.
Наличие биоэлектрических потенциалов характерно для любой клетки. Разность потенциалов между вакуолью клетки и наружной средой составляет около 0,15 В. Только в 1 см² листа может содержаться 2–4 млн клеток, и каждая – маленькая электростанция.
Решающую роль в возникновении растительного, как, впрочем, и животного, электричества играют мембраны клеток. Проницаемость их для катионов и анионов в направлении из клетки и в клетку не одинакова. Установлено, что если концентрация какого-либо электролита с одной стороны мембраны в 10 раз выше, чем с другой, то на мембране возникает разность потенциалов 0,058 В.

Продолжение следует