Сосна, ее микро и макростроение, техническое использование

| Категория реферата: Рефераты по экологии
| Теги реферата: реферат по физкультуре, шпоры
| Добавил(а) на сайт: Lachinov.

Входя в летний день в сосновое насаждение, человек ощущает специфический запах, присущий только хвойным породам. Чем же обусловлен запах хвойного леса? В хвое, коре и древесине хвойных пород вырабатываются ароматические природные смеси органических веществ — эфирные масла, часть которых, испаряясь, и образует этот запах. Ежегодно в атмосферу нашей планеты различные растения выделяют более 800 млн т эфирных масел.

Вопросы образования и накопления эфирных масел в хвойных растениях давно привлекают внимание исследователей. Установлено, что синтез терпеноидов
(эфирных масел, смол) осуществляется в специализированных секреторных структурах — смоляных ходах и вместилищах. У сосны смоляные ходы располагаются в хвое, первичной коре, древесине. Смоляные ходы состоят из канала, выстилающего его эпителия и одного-двух слоев паренхимных клеток.

До недавнего времени наибольшее внимание уделялось изучению смолоносной системы древесины в связи с практическими вопросами использования живицы.
Смолоносная система древесины состоит из вертикальных и горизонтальных смоляных ходов, расположенных в сердцевинных лучах. Длина вертикальных смолоходов может достигать 50 см, диаметр — 0,08 мм, диаметр горизонтальных ходов — около 0,03 мм. Особенностью анатомического строения сосны от представителей других родов семейства сосновых является то, что клетки, выстилающие смолоходы, живые и тонкостенные. У лиственницы и ели смолоходы выстланы изнутри однослойным тонкостенным одревесневшим эпителием.

В работах П. Б. Раскатова, В. М. Еремина (1971), В. М. Еремина (1984) изложены результаты исследований смолоносных систем коры некоторых видов сосны. По данным этих авторов, в первичной коре одногодичных побегов сосны имеются основные и дополнительные ходы. У пятихвойных сосен 13 основных смоляных ходов, у двухвойных 21. Дополнительных ходов у двухвойных сосен
5—10, у пятихвойных 20—100.Число смоляных каналов в хвоинке у различных видов сосны колеблется от 2 до 13.

С появлением новых методов изучения структуры растительных клеток (в частности, электронной микроскопии) стало возможным выявить ультраструктуру смоляных ходов . Клетки эпителия смолоходов состоят из лейкопластов, эндоплазматического ретикулума, митохондрий, рибосом, ядра. Все эти элементы подвержены возрастным и сезонным изменениям.

Как же происходит биосинтез терпеноидов в клетке? Ф. Владинг, Д.
Норскоут [Wooding, Northcote, 1965а, б], рассматривая ультраструктуру смолоходов у сосны итальянской, предположили, что биосинтез смоляных веществ в клетке идет в такой последовательности: пластиды
—>эндоплазматическая сеть —> оболочка —>смоляные вещества в канале смоляного хода. А. Е. Васильев (1977), изучая эпителиальные и сопутствующие клетки смоляных ходов хвои и первичной коры сосны обыкновенной, кедра сибирского, а также клетки смоляных ходов древесины сосны обыкновенной, пришел к выводу, что в синтезе терпеноидов участвуют эндоплазма, пластиды и митохондрий, из которых секрет может переходить в вакуоли или выделяться из клетки в канал смоляного хода. При этом синтез терпеноидов идет во всех частях клетки (часть — в эндоплазме, часть — в пластидах и часть — в митохондриях). Однако он не исключает участия в синтезе на отдельных этапах и других, неспециализированных, клеток из которых поступают необходимые для синтеза метаболиты.

Не менее интересным является вопрос образования секрета в эпителиальных клетках. Была выдвинута гипотеза об образовании эфирных масел из спиртов, которые, дегидратируясь, превращаются в углеводороды. Сложные эфиры образуются этерификацией спиртов. В синтезе спиртов и эфиров особая роль приписывалась хлорофиллу. Считалось, что терпены могут образовываться из
Сахаров через уксусный альдегид и ацетон [Костычев, 1924]. А. Чирх же
[Tschirch, 1908] высказал мнение, что терпены могут образовываться через аминокислоты.
О. Аскан [Aschan, 1929] допускает, что в растении путем энзиматических реакций могут образовываться изопреновые углеродные скелеты, которые затем могут дать терпеновые соединения, но источником получения исходных веществ для синтеза терпенов являются углеводы.
А. Е. Фаворский, А. И. Лебедева (1938) полагают, что основой для синтеза терпенов являются ацетилен и ацетон,

Т. Вагнер-Яурег [Wagner-Jauregy, 1932] выдвинул гипотезу о том, что исходным веществом в синтезе терпенов является изопрен.
Г. В. Пигулевский (1929; 1939) считал, что терпены есть продукт распада сложных эфиров смоляных кислот:
C10H17OOC20H29=C10H16+C20H30O2;
C19H25OOC20H29=C15H24+C20H30O2.
Считается, что биосинтез секреторных терпеноидов происходит, как правило, из изопреноидов. Процесс этот сложный, состоит из нескольких биохимических реакций и идет в присутствии биокатализаторов. «В общих чертах его можно описать следующим образом. Исходным веществом (субстратом) в биосинтезе является уксусная кислота (ацетат), а также ацетилкофермент А, которые через ряд реакций превращаются в мевалоновую кислоту (мевалонат). Однако в некоторых случаях синтез мевалоновой кислоты может происходить не из ацетата, а из аминокислоты лейцина... В дальнейшем из мевалоната образуются фосфорилированные промежуточные соединения: сначала изопентенилпирофосфат
(«активный изопрен») и его изомер диметилаллилпирофосфат, а затем геранил — или нерилпирофосфат, его изомер. Последние два вещества являются предшественниками всех монотерпенов, а изопентенилпирофосфат — всех вообще терпеноидов» [Васильев, 1977, с. 48].

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Продуцируемые растениями терпеноиды широко используются в народном хозяйстве. Один из самых распространенных способов извлечения эфирных масел
— это перегонка растительного сырья с водяным паром. Аппаратура может быть изготовлена в любой стеклодувной мастерской. Это парообразователь, куб, или запарник, куда помещается сырье, холодильник Либиха и приемник для масел.
Однако данная аппаратура занимает много места и требует осторожного обращения. Кроме того, исследованиями, проведенными А. А. Правдолюбовой
(1929), установлены большие расхождения в выходе эфирных масел при одних и тех же условиях отгонки, что не может считаться даже удовлетворительным, восо-бенности для научно-исследовательских работ.

В настоящее время используется более компактный, изготовляемый из стекла, аппарат Клевенджера [Горяев, Плива, 1962]. Его основные достоинства следующие: 1) герметичность; 2) возвращение погонных вод в колбу с сырьем, что избавляет от необходимости следить за равномерным поступлением пара; 3) несоприкосновение эфирного масла с кислородом воздуха, что уменьшает возможность его окисления и других химических превращений.

Иногда используют метод экстракции эфирных масел органическими растворителями (серный и петролейный эфир, бензин и др.) [Горяев, Плива,
1962; Ладинская, Медников, 1974].

В последнее время разработан метод экстракции эфирных масел и душистых веществ сжиженными газами, например 002 [Пехов, Пономаренко, 1968; Пехов,
Гончаренко, 1968].

Болгарскими учеными С. Пейчев-Тотевым, Л. Димитриевой-Цалевой (1971) разработан метод извлечения эфирных масел с помощью ультразвука.

Важное значение имеет максимальное извлечение эфирного масла, поэтому ведутся исследования по совершенствованию технологии отгонки — продолжительности [Маркович, 1934], степени измельчения сырья [Пентегов,
Гончаров, 1934]. Выход эфирных масел зависит от многих факторов внешней среды — влажности воздуха, освещенности кроны, плодородия почв [Juvonen,
1966; Пигулевский, 1929, 1939], а также от вида сырья, из которого извлекается масло. С увеличением возраста растений отмечается уменьшение выхода эфирного масла [Juvonen, 1966; Полтавченко и др., 1968; Рудаков,
Полтавченко, 1971]. Наблюдается также сезонная изменчивость выхода масла.
Г. В. Пигулевский (1939) установил, что у сосны обыкновенной накопление эфирного масла в хвое происходит в первые 2—3 месяца жизни, а на второй и третий год эфирное масло в хвое не образуется. Ю. А. Акимов и др. (1973) установили, что эфирное масло максимально накапливается в июле, а к концу вегетации и в. период фенологической паузы его количество постепенно снижается. В начале вегетации следующего года количество эфирного масла в хвое увеличивается, тогда как в ветках продолжается его уменьшение. В табл.
9 приведены данные выхода эфир-.ных масел из разного сырья.
Таблица 9
Выход эфирных масел из различных органов или частей растений сосны
|Вид сосны |Орган или|Выход |Литературный |
|(район |часть |эфирного |источник |
|исследований)|растения |масла, % | |
| | |к | |
| | |абсолютно| |
| | |сухому | |
| | |веществу | |
|Сосна |Почки |2,1 |
|обыкновенная | |Полтавченко и |
|(Прибайкалье)|Хвоя |1,1 |
| |Ветви (до|др., 1968 |
| |5 лет) |1.0 |
| |Древесина|Сл. |
| |ветвей | |
| |Кора | |
| |ветвей |0,3 |
| |Шишки | |
|Сосна |Хвоя |0,2—0,9 Акимов и|
|обыкновенная |Ветви |др., 0,2—1,1 |
|(юг Украины) | |1973 |
|Сосна |Хвоя |0,2—0,3 |
|крымская (юг |Ветви |0,2—0,7 |
|Украины) |Хвоя |0,4—1,3 Акимов, |
|Сосна |Ветви |Кузне-0,4—1,3 цов,|
|обыкновенная | |1974 |
|Сосна |Хвоя |0,6—1,0 |
|крымская (юг |Ветви |0,5—1,3 |
|Украины) | | |
|Сосна |Хвоя |0,5—1,9 |
|крючковатая |Ветви |0,5—1,1 |
|(Крым) | | |
|Сосна |Хвоя |1,1—2,7 Акимов, |
|пицундская: |Побеги |Подгор-0,9—1,7 |
|