Удивительные опыты с растениями

54. Как движутся листья кислицы обыкновенной и робинии лжеакации

У небольшой группы растений имеются специализированные – моторные, или двигательные, – клетки. Благодаря особому механизму их работы реакция листочков и чувствительных волосков на раздражающие стимулы может наступать уже через несколько секунд.
Эти сейсмонастические движения – ответная реакция растений на толчки, сотрясения (при ветре, дожде, прикосновении насекомых). Наиболее детально изучены движения листьев мимозы стыдливой – полукустарника с двоякоперистыми листьями родом из Бразилии. В нашей стране мимоза выращивается только в оранжереях. Днем листочки ее сложного листа и сам лист располагаются горизонтально. Если встряхнуть все растение, происходит одновременно 3 движения: главный черешок отгибается вниз, весь лист повисает, прижимаясь к стеблю; опускаются по направлению к главному черешку 4 листа; листочки сложного листа поднимаются вверх и прижимаются друг к другу (рис. 36). Эти движения у мимозы могут происходить и в медленном темпе, под влиянием смены дня и ночи.
Чувствительность мимозы удивительна. Если слегка ударить по какому-нибудь листу, волна возбуждения быстро распространяется по растению и листья начинают поочередно складываться.
В среднерусской флоре тоже есть хоть и менее чувствительные, но все же интересные в этом отношении растения – кислица обыкновенная, робиния лжеакация.
Для опытов необходимы растения кислицы, листья робинии лжеакации, часы, линейка, лист миллиметровой бумаги.
Кислица медленно раскрывает и складывает свои листья и лепестки венчика при смене дня и ночи (никтинастии) и намного быстрее – в ответ на резкие механические (сейсмонастии) и температурные (термонастии) воздействия.
Чувствительность кислицы по сравнению с мимозой значительно ниже, поэтому легкого прикосновения к листу может быть недостаточно. Нужно слегка ударить палочкой по черешку листа. Отметьте начало опыта. Обратите внимание на положение черешка, трех листочков сложного листа и частей листовой пластинки. Определите скорость реакции листьев на раздражение и скорость возврата в исходное состояние.
Графическое изображение движений листочков и их половинок облегчит восприятие и анализ результатов. Методика построения кривых описана в опыте «Наблюдения за движениями венчиков цветков», только интервал времени между двумя измерениями сократите до 1–2 мин. Лучше всего всю сложную систему движений листьев кислицы представить серией фотографий.
Исследование реакции листьев кислицы на механическое раздражение показывает, что реакция органа (складывание листьев) протекает немного быстрее, чем восстановление исходного состояния. Это характерная особенность процесса возбуждения всех клеток.

Рис. 36. Реакция мимозы стыдливой на раздражение

Рис. 37. Срез сочленовой подушечки мимозы

Обращает на себя внимание согласованность движений черешка, листочков и половинок листовой пластинки. Координация их обусловлена преобразованием механического раздражения в электрический сигнал. Он быстро распространяется по растению (у мимозы, например, скорость его передвижения – около 2 см/с) и доходит до основания черешков. У основания черешка листочка и черешков сложных листьев имеются особые утолщения – листовые подушечки (рис. 37) со специализированными моторными (двигательными) клетками. Под влиянием электрических сигналов резко изменяется проницаемость мембран, вода выталкивается из вакуолей в межклетники и клетки быстро теряют тургор. Поэтому сейсмонастические движения относят к группе тургорных движений. Уменьшение или увеличение объема листовых подушечек вызывает опускание и поднятие листьев кислицы, мимозы.
К группе тургорных движений относятся и никтинастии сложных листьев робинии лжеакации, различных видов клевера. Убедимся в этом.
Лист робинии лжеакации, листовая пластинка которого полностью развернута, поместите на несколько минут в стакан с водой, затем достаньте его и положите на стол. Постепенно происходит обезвоживание листа, в том числе моторных клеток листовых подушечек. В результате начинается движение листочков сложного листа, они поднимаются вверх и складываются. Вновь поставьте лист в воду, пронаблюдайте за восстановлением тургора.

Задание. Выясните, существует ли зависимость сейсмонастических движений от возраста листа.

55. Влияние ауксина на закручивание усиков гороха

Впервые этот опыт был проведен американским ученым А.Гэлстоном.
Для опыта необходимы растения гороха посевного с усиками на листьях, 50 мл раствора ауксина (гетероауксина) концентрацией 150 мг/л, 3 пробирки, 3 чашки Петри, деревянная палочка.
Ауксин плохо растворяется в холодной воде, поэтому раствор нужно готовить накануне опыта. Для получения нужной концентрации растворите 8 мг ауксина в 50 мл, нагретой до 80–90 °С воды. Ауксин (гетероауксин) можно приобрести в магазинах бытовой химии.
В стоящие в штативе пробирки с водой осторожно, не прикасаясь к усикам, поместите отрезки стебля гороха, несущие листья с молодыми, еще не закрученными усиками.
Рядом с пробирками поставьте 3 чашки Петри. В первые две налейте воду, в третью – раствор ауксина.
Концы усиков осторожно опустите в подготовленные чашки так, чтобы они не касались края. Усик, находящийся в первой чашке, – контрольный. Если предыдущие этапы работы выполнены аккуратно, то он до конца опыта не закручивается.
Нижнюю сторону верхушки второго усика несколько раз слегка потрите палочкой, имитируя соприкосновение усика с опорой. Под влиянием раздражения он начнет постепенно закручиваться.
Усик же, опущенный в раствор ауксина, начинает закручиваться самопроизвольно, без дополнительного раздражения.
У гороха посевного в усик превращается верхняя часть сложного перистого листа, поэтому, как и лист, усик дифференцирован на верхнюю и нижнюю стороны, различающиеся по строению и свойствам. Поступающие из раствора дополнительные количества ауксина стимулируют рост только верхней стороны, что и приводит к закручиванию усика.
Перераспределение ауксина, увеличение его содержания в клетках верхней стороны усика – ответная реакция на прикосновение.
Самой высокой степенью раздражимости обладает верхняя треть усика, причем у гороха – нижняя его сторона. У некоторых растений чувствительность усиков настолько высока, что они могут воспринимать раздражение от прикосновения шерстяной нитки массой 0,025 мг.
Таким образом, результаты проведенного опыта показывают, что закручивание усика гороха посевного регулируется ауксином.

Задание. Проведите наблюдения за движениями усиков огурца посевного и тыквы обыкновенной, которые, в отличие от усиков гороха, являются видоизмененными побегами, т.е. имеют не двустороннюю, а радиальную симметрию. В какой части их усиков располагается зона, воспринимающая раздражение? Одинакова ли чувствительность различных сторон (пометьте одну из них краской)? Какова скорость закручивания усиков?

56. Хмель завивается...

Широко распространены у растений круговые или колебательные движения верхушки стебля – нутации. В большей или меньшей степени они характерны для верхушек всех молодых растений, но наиболее отчетливо выражены у вьющихся. Благодаря непрерывным круговым движениям верхушки (у хмеля диаметр круга, описываемого верхушкой, достигает 50 см) растение обвивается вокруг опоры.

Направление движения у различных видов неодинаково: для одних (хмель обыкновенный) характерно правое (по часовой стрелке), для других (фасоль многоцветковая, вьюнок полевой) – только левое (против часовой стрелки), у третьих (горец вьюнковый) возможно вращение в обоих направлениях. Любопытно, что преобладающим движением у растений является левовинтовое.
Определите направление и скорость движения верхушки стебля хмеля обыкновенного. Для опыта нужны молодые вьющиеся растения хмеля обыкновенного, картон или фанера (20 х 20 см), бумага (20 х 20 см), отвес (нитка, к которой за шляпку привязан гвоздь), часы, кнопки. Около стебля растения положите лист картона с приколотой чистой бумагой (рис. 38). В картоне сделайте прорезь, чтобы зафиксировать стебель. К верхушке растения, не касаясь ее, поднесите отвес так, чтобы гвоздь острием почти касался бумаги. Проекцию отвеса отметьте на бумаге карандашом в виде точки и заметьте время. Каждые 10–30 мин повторяйте измерения. На бумаге стрелкой укажите направление движения. Окончите опыт, когда верхушка побега завершит оборот.
Скорость вращения довольно велика. Например, в одном из опытов верхушка хмеля описала круг диаметром 33 см за 2 ч.
В основе вращения лежит неравномерный рост клеток внешней и внутренней сторон органа, причем усиление роста идет по оси. Нутации – пример автономных, или эндогенных, движений, которые регулируются внутренними процессами, имеющими ритмичный характер, т.н. биологическими часами.

Задание. Выясните, зависит ли скорость вращения верхушки хмеля от возраста растения, погодных условий.

Рис. 38. Движения стебля хмеля обыкновенного

Растения осенью и зимой

Первый снег...
В нем округа тонет.
Все поля под охрану ему сданы.

Р.Бородулин

Большая часть территории нашей страны расположена в зоне умеренного и холодного климата, для которого характерны длительные относительно сильные морозы – до –20 °С, а в отдельных районах Восточной Сибири – до –68 °С. Районов, где совсем бы не было зимы, у нас нет.
Отрицательные температуры создают серьезные трудности для выживания растений. У большинства видов ростовые процессы могут идти только в интервале температур от –5 до +55 °С, а фотосинтез и накопление органического вещества – от +5 до +40 °С.
Жизнедеятельность растений прекращается зимой потому, что из замерзшей почвы в растения перестают поступать вода и минеральные соли. В периоды длительных морозов гибель тканей растения наступает от повреждающего действия кристаллов льда, образующихся в межклетниках и цитоплазме клеток.
Приспособление растений к выживанию в экстремальных условиях шло в процессе эволюции различными путями.
Так, однолетние травянистые растения заканчивают свой жизненный цикл до наступления морозов и зимуют в виде семян, клубней, луковиц, находящихся в состоянии покоя.
Травянистые многолетники с отмирающими на зиму листьями зимуют в виде заглубленных в почву корневищ (осот полевой, хвощ полевой, пырей ползучий).
Многие травянистые растения уходят под снег с листьями, а ранневесенние растения (хохлатка, ветреница) даже способны к подснежному росту.

Продолжение следует