Значение растений в природе и жизни человека

Как примеры лекарственных  растений можно указать следующие: 1) клещевину, дающую тропическое дерево кока , которое содержит алкалоид кокаин, имеющий анестезирующие свойства.

К лекарственным растениям  в известной мере примыкают чайный куст, кофейное и шоколадное деревья. Вырабатываемые из них продукты - чай, кофе и какао или шоколад -содержат в двух первых алкалоид кофеин, а в третьем - близкий к нему теобромин. Они возбуждают деятельность сердца, и этим определяется их лекарственное значение. Однако широкое применение названных продуктов обусловлено в первую очередь их вкусовыми и отчасти возбуждающими свойствами (для какао также и питательным значением).

Кроме высших хлорофиллоносных растений, для человека имеют также большое значение и некоторые низшие растения, особенно бесхлорофилльные, как бактерии и грибы. Они используются человеком, с одной стороны, для брожений, дающих те или иные нужные ему продукты (спиртовое, уксуснокислое, молочнокислое и другие), а с другой стороны, они играют существенную роль в создании плодородия почвы. В последние 20 лет низшие бесхлорофилльные растения приобрели большое значение как продуценты антибиотиков, получивших широкое применение в медицинской практике (пенициллин, стрептомицин и многие другие). Некоторые грибы имеют, кроме того, значение съедобных.

Велика и отрицательная  роль бактерий и грибов как возбудителей инфекционных болезней. При этом бактерии вызывают преимущественно болезни  животных и самого человека (туберкулез, дифтерит, холера, брюшной тиф и  др.), а грибы - болезни растений, в  том числе и важнейших культурных растений (ржавчина и головня хлебных  злаков и др.).

 

Вопрос №25 Физиологически активные вещества клетки, их роль. Дать характеристику фитогормонов, фитонцидов и антибиотиков.

 

Физиологически  активные вещества клетки

 

Ферменты. Биохимические  процессы совершаются в клетке при  помощи очень многочисленных ферментов, или энзимов. Ферменты, присутствуя в относительно очень малых количествах, ускоряют биохимические реакции, не входя, однако, в состав продуктов реакции. Ферменты представляют собой простые или сложные белки и находятся в состоянии коллоидов.

Действие ферментов строго специфично. Например, сахараза разлагает  сахарозу и не действует на родственный  дисахарид - мальтозу. От неорганических катализаторов ферменты отличаются большой лабильностью, зависимостью от целого ряда воздействий: концентрации водородных ионов, температуры, окислительно-восстановительных реакций, ничтожных примесей некоторых веществ. Каталитическая активность их также значительно выше, чем неорганических катализаторов.

Можно сказать, что все  процессы обмена веществ в живых  клетках протекают под действием  ферментов. Есть большие группы ферментов, регулирующих процессы дыхания, определяющих формирование тех или иных белков, участвующих в углеводном обмене, и т. д.

Ферменты связаны с  протоплазмой своим происхождением, но теряют непосредственную связь с  ней. При разрушении клетки ферменты могут сохранять свою активность. Например, фермент инвертаза (сахараза), извлеченный из клеток дрожжей, гидролизует в лабораторных условиях сахарозу с образованием глюкозы и фруктозы.

Витамины. Большое значение в жизни клетки имеют витамины. Витамины были открыты в 1880 г. Н. И. Луниным, установившим, что в пище животных, кроме известных уже веществ, содержатся какие-то, тогда неизвестные, но жизненно необходимые вещества. В его опытах белые мыши, получавшие цельное молоко, были здоровы и  хорошо росли, а мыши, получавшие вместо молока смесь очищенных веществ, входящих в его состав (т. е. лишенные витаминов), быстро погибали. Витамины необходимы для нормальной жизнедеятельности  не только животных и человека, но и  растений.

Синтезируются витамины преимущественно  в зеленых листьях растений. Многие витамины в соединении с белком образуют ферменты. В настоящее время открыто  большое число различных витаминов  и выяснена их химическая природа.

Не все органы и ткани  зеленых растений могут самостоятельно синтезировать все витамины или  провитамины. Корни растений, камбиальная  ткань или выделенные из семян  зародыши, растущие в темноте, требуют  снабжения витаминами для нормального  роста и развития. В сельскохозяйственной практике известно, что в ряде случаев  растения испытывают недостаток витаминов  и нужна специальная подкормка  витаминами для хорошего развития растения. Например, внекорневая подкормка  сахарной свеклы и редиса витамином  РР приводит к образованию более  крупных корнеплодов.

Обозначаются витамины или, точнее, их группы буквами латинского алфавита: А, В, С и т. д. Открытые сначала и обозначенные одной буквой витамины оказались не одним однородным веществом, а целой группой веществ, и сейчас их обозначают не только буквой, но и числовыми индексами: В₂, В₆, В₁₂ и т.д.

По своему составу витамины относятся к очень разнородным  химическим соединениям. Их часто разделяют на две большие группы: растворимые в жирах и растворяющиеся в воде.

Растворяющиеся в жирах  витамины (группы А, D ,Е, К) образуются преимущественно в животных организмах. В растениях большей частью встречаются только вещества (провитамины), из которых в животном организме вырабатывается тот или иной витамин. Так, из каротиноидов, очень распространенных в растениях пигментов, образуются витамины группы А встречающиеся в растениях стеролы (высокомолекулярные спирты) под влиянием ультрафиолетового облучения образуют витамины группы D содержится в пшеничных и рисовых отрубях, в зародышах злаков, особенно богаты им дрожжи. Витамин В₁ играет важную роль в процессах превращения углеводов, входя в состав соответствующих ферментов. Витамин В₂ (рибофлавин), содержащийся в зеленых листьях растений, дрожжах, грибке Eremothecium, входит в состав ряда окислительно-восстановительных ферментов, участвующих в образовании и расщеплении аминокислот. Витамин В₆ также входит в состав ряда ферментов, регулирующих белковый обмен. Витамины группы В входят в состав многих ферментов, занимающих важное место в окислительно-восстановительных превращениях в процессе дыхания. Витамин В₁₂ в растениях не содержится.

Витамин РР (никотиновая  кислота), Н (биотин) и другие также  входят в состав ферментов, регулирующих белковый обмен.

Витамин С (аскорбиновая кислота) в особенно больших количествах встречается в плодах шиповника, незрелых грецких орехах, черной смородине, капусте, хвое. Витамин С также участвует во многих окислительно-восстановительных процессах живой клетки.

В природе встречаются  антивитамины - вещества, по своим свойствам  и строению близкие к соответствующим  витаминам, но оказывающие противоположные, инактивирующие их действия. Значение этих веществ также очень велико, но недостаточно известно, и в настоящее  время они активно изучаются.

Фитогормоны. Растительные гормоны (фитогормоны) представляют собой вещества, "распространяющиеся, - по выражению К. А Тимирязева, - в организмах и вызывающие органические изменения на далеких расстояниях". К догадке о существовании таких веществ пришел еще Чарлз Дарвин в своих исследованиях (1880) над движениями растений.

Современное учение о гормонах было основано и развито главным  образом в трудах акад. Н. Г. Холодного  по изучению гормона роста - ауксина. Ауксин оказывает действие на рост клеток, деление их, на формирование органов, зависящее от концентрации и длительности действия ауксина и от физиологического состояния клеток.

Из некоторых микроорганизмов  было извлечено ростовое вещество, оказавшееся индолилуксусной кислотой и названное гетероауксином.

За последние несколько  лет большое внимание исследователей привлекли физиологически активные вещества, получившие название гиббереллинов³. Это название происходит от латинского названия гриба Gibberella: экстракт среды этого гриба влияет на рост цветковых растений.

Наиболее хорошо изучены  четыре гиббереллина. В настоящее  время установлено, что гиббереллины встречаются и у высших растений. Характерной реакцией растения на обработку  гиббереллинами является удлинение  стебля. Гиббереллины выводят из состояния  покоя почки, клубни и луковицы. В  отличие от ауксинов они безразличны  к действию света и не образуют каллуса при поранениях.

 

Фитогормоны

 

Фитогормоны — низкомолекулярные органические вещества, вырабатываемые растениями и имеющие регуляторные функции. Действующими являются низкие концентрации фитогормонов (до 10⁻¹¹ М), при этом фитогормоны вызывают различные физиологические и морфологические изменения в чувствительных к их действию частях растений.

Общие сведения

В отличие от животных растения не имеют специальных органов, синтезирующих гормоны; вместе с тем отмечается большая насыщенность гормонами некоторых органов по сравнению с др. Так, ауксинами богаче всего верхушечные меристемы стебля, гиббереллинами — листья, цитокининами — корни и созревающие семена. Фитогормоны обладают широким спектром действия. Фитогормоны регулируют многие процессы жизнедеятельности растений: прорастание семян, рост, дифференциацию тканей и органов, цветение, созревание плодов и т. п. Образуясь в одном органе (или его части) растения, фитогормоны обычно транспортируются в другой (или его часть).

Общие свойства

Химические соединения, которые  вырабатываются в одних частях растений и оказывают своё действие в других, проявляют свой эффект в исключительно  малых концентрациях, обладают (в  отличие от ферментов) обычно меньшей  специфичностью действия на процессы роста и развития, что объясняется  разным состоянием работы генов воспринимающих клеток, от которого зависит результат  действия гормона, а также разным соотношением между собой различных  фитогормонов (гормональным балансом). Эффект фитогормонов в значительной мере определяется действием других внутренних и внешних факторов.

Классификация и  структура

Общепринята классификация, в которой среди растительных гормонов выделяют 5 основных групп  классических гормонов. Гормоны разных растений могут отличаться по химической структуре, поэтому они сгруппированы  на основании их эффекта на физиологию растений и общему химическому строению. Кроме того, некоторые физиологически активные вещества не принадлежат ни к одному из классов. Каждый класс включает в себя как стимуляторы, так и ингибиторы различных функций, и они часто работают в паре. В этом случае разница концентраций одного или нескольких веществ определяет конечный эффект на рост растения.

Основные группы классических гормонов:

Абсцизины

Ауксины

Цитокинины

Этилен

Гиббереллины

 

Фитонциды

Фитонциды (от греч. φυτóν — «растение» и лат. caedo — «убиваю») — образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие бактерий, микроскопических  грибов,  простейших.

Термин был предложен Б. П. Токиным в 1928 году.

Состав  фитонцидов

Фитонцидами называют все  секретируемые  растениями фракции летучих веществ, в том числе те, которые практически невозможно собрать в заметных количествах. Эти фитонциды называют также «нативными антимикробными веществами растений». Химическая природа фитонцидов существенна для их функции, но в термине «фитонциды» в явном виде не указывается. Это может быть комплекс соединений, например,  терпеноидов, или т. н. вторичных метаболитов. Характерными представителями фитонцидов являются эфирные масла, извлекаемые из растительного сырья промышленными методами.

Действие фитонцидов

Нативные фитонциды играют важную роль в иммунитете растений и во взаимоотношениях организмов в биогеоценозах. Выделение ряда фитонцидов усиливается при повреждении растений. Летучие фитонциды (ЛАВ) способны оказывать своё действие на расстоянии, например фитонциды листьев дуба, эвкалипта, сосны и многих др. Сила и спектр антимикробного действия фитонцидов весьма разнообразны. Фитонциды чеснока, лука, хрена, красного перца убивают многие виды простейших, бактерий и низших грибов в первые минуты и даже секунды. Летучие фитонциды уничтожают простейших (инфузорий), многих  насекомых  за короткое время (часы или минуты).

Фитонциды — один из факторов естественного иммунитета растений (растения стерилизуют себя продуктами своей жизнедеятельности).

Так, фитонциды пихты убивают коклюшную палочку  (возбудителя  дизентерии  и брюшного тифа); сосновые фитонциды губительны для палочки Коха (возбудителя туберкулёза) и для кишечной палочки;  берёза и тополь поражают микроб золотистого стафилококка.

Фитонциды же багульника и ясенца довольно ядовиты и для человека — с этими растениями следует быть осторожным.

Защитная роль фитонцидов проявляется не только в уничтожении  микроорганизмов, но и в подавлении их размножения, в отрицательном  хемотаксисе подвижных форммикроорганизмов, в стимулировании жизнедеятельности микроорганизмов, являющихся антагонистами патогенных форм для данного растения, в отпугивании насекомых и т. п. Гектар соснового бора выделяет в атмосферу около 5 килограммов летучих фитонцидов в сутки, можжевелового леса — около 30 кг/сут, снижая количество  микрофлоры в воздухе. Поэтому в хвойных лесах (особенно в молодом сосновом бору) воздух практически стерилен (содержит лишь около 200—300 бактериальных клеток на 1 м³), что представляет интерес для гигиенистов, специалистов по озеленению и др..

Применение

В медицинской практике применяют препараты  лука, чеснока,  хрена,  зверобоя  пронзеннолистного (препарат иманин) и др. растений, содержащих фитонциды, для лечения гнойных ран, трофических язв, трихомонадного  кольпита. Фитонциды ряда других растений стимулируют двигательную и секреторную активность желудочно-кишечного тракта, сердечную деятельность.

 

Итак, мы видим, что состав клеточного сока весьма сложен, а потому и роль его в жизни растений разнообразна. В нем находится  вода, без которой жизнь невозможна; в нем сосредоточены нужные растению минеральные соли и жидкие питательные  запасные вещества — сахар и инулин; в нем находятся защитные от вредителей растений яды (алкалоиды, фитонциды  и другие вещества). Кроме того, клеточный  сок создает напряженное, так  называемое тургорное состояние клеток и всего растения. 
 
Благодаря клеточному соку клетки сосут воду из окружающей среды. Корни растений поглощают воду и минеральную пищу из почвы, из почвенного раствора.  
 
Концентрация растворенных в клетках веществ больше концентрации веществ почвенного раствора; это и влечет за собой поступление воды в клетку, так как вода всегда устремляется в сторону большей концентрации солей. Под тургором клеток подразумевается внутриклеточное давление, развивающееся вследствие насасывания клеткой воды, которая давит на протоплазму, а последняя на оболочку.