810

Наблюдается явление плазмолиза. Пространство между клеточной оболочкой и протопластом заполняется наружным раствором. Явление плазмолиза протекает в следующей последовательности (рис. 3): сначала клетка сокращается, теряет тургор и отстает от клеточной стенки по углам (уголковый плазмолиз), затем отстает во многих местах, образуя вогнутости протоплаcта (вогнутый плазмолиз) и, наконец, протопласт полностью отстает от клеточной оболочки и округляется (выпуклый плазмолиз).

Поместив плазмолизированную клетку в гипотонический раствор, можно вызвать обратный процесс плазмолизу

– деплазмолиз.

Цель работы. Убедиться на опыте, что цитоплазма живой клетки эластична, полупроницаема и способна плазмолизироваться.

Материалы и оборудование: луковица синего лука или листья традесканции, бегонии; 1М раствор поваренной соли; предметные и покровные стекла; препаровальные иглы; лезвия бритвы; микроскопы; стеклянная палочка; полоски фильтровальной бумаги.

Ход работы. У луковицы отделяют чешую и с морфологически нижней поверхности с помощью препаровальной иглы снимают эпидермис, клетки которого содержат антоциан в клеточном соке. Кусочки эпидермиса сразу же помещают на предметное стекло в каплю воды и накрывают покровным стеклом. Препараты рассматривают при малом увеличении микроскопа. В поле зрения хорошо видны клетки, равномерно окрашенные антоцианом.

Затем воду в препаратах заменяют 1М раствором NaCl. Для этого на предметное стекло рядом с покровным стеклом наносят большую каплю раствора NaCl, а с противоположной стороны к покровному стеклу прижимают полоску фильтровальной бумаги, которая будет отсасывать воду. Место воды под покровным стеклом займет 1М раствор по-

21

варенной соли. Концентрация раствора под покровным стеклом станет выше концентрации клеточного сока, и в клетках эпидермиса произойдут изменения: обнаруживается постепенное отставание протопласта от оболочки клетки сначала в уголках, а затем по всему ее периметру. Происходит плазмолиз.

Когда плазмолиз приобретет форму выпуклого плазмолиза, описанным выше приемом, раствор под покровным стеклом заменяют на воду, наблюдая за изменениями, происходящими в клетках. Плазмолиз прекращается, и протопласты начинают заполнять весь объем клеток. Наступает деплазмолиз. При медленно наступающем деплазмолизе клетки остаются живыми. Если деплазмолиз наступает быстро, то протопласты разрушаются, и клетки отмирают.

После завершения деплазмолиза препарат нагревают над пламенем спиртовки, не допуская испарения воды. Затем, охладив препарат, заменяют воду на 1М раствор поваренной соли и рассматривают его в микроскоп, устанавливают, происходит ли плазмолиз.

В тетради записывают результаты наблюдений, делают рисунки клетки: клетка до плазмолиза, в состоянии уголкового, вогнутого и выпуклого плазмолиза.

Вопросы для самоконтроля

1.Почему растительную клетку можно рассматривать как осмотическую систему?

2.Какими осмотическими свойствами обладают плазмалемма, мезоплазма и тонопласт?

3.Что такое плазмолиз и в каких условиях растительная клетка его осуществляет?

4.Какова последовательность протекания плазмолиза? Виды плазмолиза.

5.Что такое деплазмолиз?

6.Можно ли с помощью плазмолиза отличить живую клетку (ткань) от мертвой?

22

Работа 4. Способы определения живой и мертвой растительной клетки

Вводные пояснения. Все организмы состоят из клеток. Каждая из них обладает такими свойствами живого, как способность к самовоспроизводству, движению, метаболизму, раздражимостью, росту, изменчивости и адаптации к внешней среде.

Мы уже познакомились с явлениями осмоса, плазмолиза и деплазмализа, свойственными живой растительной клетке. В настоящей работе рассматривается два способа определения живой и мертвой растительной клетки.

Цель работы. Убедиться, что цитоплазма живой клетки полупроницаема, убитой – проницаема, т.е. она свободно пропускает клеточный сок.

Материалы и оборудование: синий лук; краситель нейтральный красный; 1М раствор KNO3; вода; микроскоп; предметные и покровные стекла; полоски фильтровальной бумаги; спиртовки; спички; препаровальные иглы; лезвия безопасной бритвы.

Ход работы. 1. Метод окрашивания клеток нейтральным красным. Приготовить срез эпидермиса чешуи лука, положить его в каплю воды на предметное стекло и закрыть покровным. Сбоку от покровного стекла капнуть каплю красителя нейтрального красного. Отсасывая воду фильтровальной бумагой с другой стороны покровного стекла, заменить воду на краситель нейтральный красный. Наблюдения ведут под малым увеличением микроскопа и зарисовывают при помощи цветного карандаша окраску клеток. Большинство клеток окрашено не очень интенсивно (окраска бледная), небольшое число клеток окрашено интенсивно. Слабо окрашенные клетки живые, интенсивно окрашенные – мертвые.

Делается вывод: мертвая протоплазма свободно пропускает через себя краситель, живая – избирательно.

23

2. Метод плазмолиза. Приготовить два среза эпидермиса чешуи лука. Один срез положить в каплю воды на предметное стекло и накрыть покровным, другой, поместив в каплю воды на предметное стекло, снизу слегка подогреть над пламенем спиртовки, а потом воду заменить на 1М раствор KNO3 в обоих препаратах. Рассмотреть клетки эпидермиса препаратов под микроскопом, зарисовать и сделать вывод о том, какие клетки способны к плазмолизу.

Вопросы для самоконтроля

1.Почему мертвая протоплазма свободно пропускает через себя краситель, а живая избирательно? Объясните.

2.Какие клетки способны осуществлять плазмолиз - живые или мертвые? Почему?

Работа 5. Осмотический выход воды из плазмолизированных клеток

Вводные пояснения. Если растительную ткань поместить в раствор, концентрация которого значительно выше концентрации клеточного сока ткани (гипертонический раствор), то на основе закона диффузии и осмоса, вода начнет выходить из клеток ткани в раствор, а протопласты сжиматься и отставать от клеточных стенок. Будет наблюдаться плазмолиз. Вода, выходящая из клеток, имеет меньшую удельную массу, чем концентрированный раствор, поэтому возникает постоянный восходящий ток струек воды, ясно видимых глазом. Опыт хорошо удается, если в качестве концентрированного раствора использовать глицерин.

Цель работы. Рассмотреть явления диффузии и осмоса на примере с помещением растительной ткани в раствор, концентрация которого выше концентрации клеточного сока.

Материалы и оборудование: клубень картофеля; широ-

кая пробирка или небольшой стаканчик; пробочные сверла; концентрированный глицерин; фильтровальная бумага; канцелярские скрепки или небольшие гвозди.

24

Ход работы. Широкую пробирку или небольшой стеклянный стаканчик наполняют до половины концентрированным глицерином в качестве плазмолитика. Затем пробочным сверлом вырезают цилиндрик картофеля длиной 2 - 3см и погружают его в глицерин. Перед погружением кусочек обсушивают фильтровальной бумагой и втыкают в него скрепку или небольшой гвоздь, чтобы картофель не всплывал на поверхность глицерина. Наблюдения за выделением воды из клеток начинают сразу же после погружения цилиндрика в глицерин. Пробирка (стаканчик) во время опыта должна находиться в совершенном покое. Вода, выходящая из клеток клубня картофеля, очень медленно смешивается с глицерином, так как имеет меньшую удельную массу, чем глицерин. В результате над кусочком картофеля возникает постоянный восходящий ток струек воды, ясно видимых глазом вследствие различия показателей преломления воды и глицерина.

После завершения наблюдений за выделением воды из клубня картофеля следует зарисовать постановку опыта, показав выход воды из плазмолизированной ткани.

Вопрос для самоконтроля

1.Как объяснить появление струек воды из кусочка клубня картофеля, помещенного в раствор, концентрация которого много выше концентрации клеточного сока?

Работа 6. Определение вязкости цитоплазмы по времени плазмолиза

Вводные пояснения. Цитоплазма состоит из водянистого основного вещества (гиалоплазмы) и различных органелл. Кроме того, в ней присутствуют различные включения

– нерастворимые отходы метаболических процессов и запасные вещества. Гиалоплазма прозрачна и бесструктурна. На долю воды в ней приходится приблизительно 90%. В этой воде в растворенном виде находятся соли, сахара, аминокислоты, жирные кислоты, нуклеотиды, витамины, обра-

25

зующие истинные растворы, белки и РНК, придающие гиалоплазме свойства коллоидов. Коллоидный раствор может быть золем (невязким) и гелем (вязким). Следовательно, в зависимости от состояния коллоидов цитоплазма может иметь различную вязкость. От вязкости цитоплазмы зависит время плазмолиза растительных клеток. Чем меньше вязкость цитоплазмы, тем легче протопласт отстает от клеточной оболочки и тем быстрее вогнутый плазмолиз переходит в выпуклую форму.

Под временем плазмолиза понимают промежуток времени от момента погружения клеток в гипертонический раствор до появления выпуклого плазмолиза.

Цель работы. Показать физиологическое значение вязкости цитоплазмы в жизнедеятельности клетки.

Материалы и оборудование: веточки элодеи; луковица синего лука или листья традесканции; 0,8М раствор сахарозы в капельнице; лезвия бритвы; препаровальная игла; пинцет; микроскоп; предметные и покровные стекла.

Ход работы. Взять 1-2 молодых листочка из верхушечной части побега элодеи, погрузить в каплю 0,8М раствора сахарозы на предметном стекле и закрыть покровным стеклом. На другом предметном стекле в каплю сахарозы поместить срез эпидермиса чешуи синего лука или традесканции. Отметить время погружения исследуемых объектов в раствор. Рассматривают препараты с промежутками в 5 минут. Сначала наблюдают в клетках вогнутый плазмолиз, постепенно переходящий в выпуклый. Определяют время наступления плазмолиза. Вязкость цитоплазмы у синего лука или традесканции выше, чем у водного растения элодеи, следовательно, выпуклый плазмолиз в их клетках появляется позже. Растения, в клетках которых наблюдается более

26

высокая вязкость цитоплазмы, как, правило, отличаются большей засухо- и жаростойкостью.

В конце работы на основании полученных данных делают вывод.

Вопросы для самоконтроля

1.Что понимают под термином «цитоплазма»?

2.Какова химическая структура гиалоплазмы?

3.От чего зависит вязкость цитоплазмы?

4.Какое физиологическое значение в жизни клетки имеет вязкость ее цитоплазмы?

Работа 7. Определение вязкости цитоплазмы центрифужным методом

Вводные пояснения. Вязкость той или иной жидкости определяется по скорости падения шариков, опускаемых в эту жидкость. Чем скорее опускаются шарики, тем меньшей вязкостью обладает жидкость и, наоборот, чем они медленнее опускаются, тем более вязкой будет жидкость.

При изучении вязкости цитоплазмы скорость падения шариков под действием силы тяжести можно заменить скоростью передвижения хлоропластов под действием центробежной силы, возникающей в центрифуге. Хлоропласты имеют большую удельную массу, чем цитоплазма. И чем дольше они не смещаются при центрифугировании, тем более вязкой является цитоплазма.

Цель работы. Ознакомиться с определением вязкости цитоплазмы центрифужным методом и влиянием на нее разных факторов.

Материалы и оборудование: центрифуга с центрифуж-

ными пробирками; листья элодеи; микроскоп; предметные и покровные стекла; препаровальные иглы; слабый раствор эфира.

Ход работы. Для определения вязкости цитоплазмы берут несколько листков элодеи, которые помещают по од-

27

ному в центрифужные пробирки, наполненные водопроводной водой. Пробирки уравновешивают, вставляют в центрифугу и фугируют 10 минут при 1000 об/мин. Затем центрифугированные листки элодеи рассматривают под микроскопом. В поле зрения должно быть видно смещение хлоропластов в ту сторону клетки, в которую действовала центробежная сила. Обнаруживают большее перемещение хлоропластов в старых, верхушечных клетках листа, в которых вязкость цитоплазмы оказывается наименьшей. В молодых клетках, которые обычно располагаются у основания листа, смещение хлоропластов происходит медленнее, и оно не так ясно выражено вследствие того, что цитоплазма в молодых клетках обладает большей вязкостью.

После этого те же самые листья снова помещают на 10 минут в центрифужные пробирки, наполненные слабым водным раствором эфира, и центрифугируют еще раз. Водный раствор эфира убивает цитоплазму. В результате изменяются ее коллоидные свойства, вязкость ее становится незначительной, что можно видеть в микропрепаратах по скорости перемещения хлоропластов.

В листочках элодеи можно различить 4 зоны: в основании листка расположена слабо окрашенная зона деления клеток, выше находится зона растяжения, еще выше – зона дифференцировки и, наконец, верхушка листка, которая состоит из клеток, закончивших свой рост и имеющих интенсивную зеленую окраску.

После просмотра препаратов под микроскопом оформляют работу и делают выводы о вязкости цитоплазмы под влиянием разных факторов.

Вопросы для самоконтроля

1.Почему при центрифугировании в клетках листа элодеи одни хлоропласты перемещаются быстрее, а другие – медленнее?

2.Как возраст листа влияет на вязкость цитоплазмы его клеток?

3.Какие 4 зоны в листочках элодеи можно различить при рассмотре-

нии их под микроскопом?

28

Работа 8. Определение осмотического давления клеточного сока плазмолитическим методом (по де-Фризу)

Вводные пояснения. Осмотическое давление – это то давление, которое развивает раствор, всасывая воду через полупроницаемую перепонку. Это – диффузионное давление. Оно возникает в результате осмотического движения молекул воды из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией или растворенного вещества из своей большей концентрации к своей меньшей концентрации через полупроницаемую перепонку.

Осмотическое давление растворов можно обнаружить лишь в том случае, если они имеют разную концентрацию и разделены друг от друга полупроницаемой перепонкой. Налитый в стакан самый концентрированный раствор любого вещества осмотического давления не обнаруживает, так как находится в потенциальном состоянии, поэтому обладает осмотическим потенциалом.

Осмотическое давление прямо пропорционально абсолютной температуре и концентрации раствора, если растворенное вещество является электролитом, то есть диссоциирует в воде на противоположно заряженные катионы и анионы, иначе говоря, подчиняются закону Вант-Гоффа для идеальных (разбавленных) растворов. Электролиты образуют в растворе большее число частиц, чем неэлектролиты, поэтому при вычислении их осмотического потенциала необходимо учитывать изотонический коэффициент.

Значение изотонического коэффициента для растворов поваренной соли

Изотонический коэффициент для неэлектролитов, например, для сахарозы, равен 1.

Следовательно, осмотический потенциал у растворов электролитов всегда оказывается выше, чем у растворов не

29

электролитов той же молярной концентрации. Таким образом, уравнение для определения осмотического потенциала принимает следующее выражение:

P = RTCi, где

R – газовая постоянная (0,0821 л/атм/град, моль); T – абсолютная температура (2730 + t0С);

С – концентрация клеточного сока в г-молях/л; i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа.

Растворы, имеющие равный осмотический потенциал, называются изотоническими. Растворы, осмотический потенциал которых выше, чем осмотический потенциал данного раствора, называются гипертоническими. Растворы, осмотический потенциал которых ниже, чем осмотический потенциал данного раствора, называются гипотоническими.

Осмотический потенциал (давление) клеточного сока растений колеблется от 1 (водные растения) до 200 атм. (растения засушливых мест обитания).

Растительная клетка обладает осмотическим потенциалом, который определяется концентрацией клеточного сока. Существует два метода определения осмотического давления клеточного сока: криоскопический (по точке замерзания клеточного сока устанавливается его концентрация, и затем эта величина вставляется в уравнение Вант-Гоффа) и плазмолитический, разработанный в 1884г. де Фризом. Плазмолитический метод – наиболее простой – может быть использован для определения осмотического давления на живой клетке. Этот метод основан на подборе изотонической концентрации наружного раствора клеточного сока. Определить ее можно по появлению первоначальных признаков плазмолиза у большинства клеток исследуемой ткани. Эта концентрация раствора, при которой начинается уголковый плазмолиз, немного выше, чем концентрация клеточного сока. Ближайшая к нему концентрация не вызывает видимых признаков плазмолиза, следовательно, она слабее концентрации

30