810

клеточного сока. Средняя величина концентраций этих двух соседних растворов и соответствует концентрации клеточного сока, то есть является изотонической, поэтому используется для вычисления осмотического давления по уравнению Вант-Гоффа. Удобными объектами для определения осмотического давления плазмолитическим методом являются: эпидермис чешуи окрашенного лука, листья красной капусты, нижний эпидермис листа традесканции и ткани других растений, клеточный сок которых содержит антоциан.

В качестве плазмолитика (вещества, вызывающего плазмолиз) лучше брать поваренную соль или сахарозу.

Цель работы. Ознакомиться с определением осмотического давления клеточного сока плазмолитическим методом.

Материалы и оборудование: луковица цветного лука;

листья красной капусты; нижний эпидермис листа традесканции; растворы NaCl или сахарозы от 0,1М до 1,0М; микроскопы; предметные и покровные стекла; пипетки; лезвия бритвы; препаровальные иглы; полоски фильтровальной бумаги; термометр; фломастеры.

Ход работы. Готовят ряд пробирок с растворами NaCl или сахарозы возрастающей концентрации от 0,1М до 1,0М. В каждую пробирку наливают по 5мл раствора. Исходным служит 1М раствор плазмолитика. Для получения растворов нужной концентрации 1М раствор разбавляют соответствующим количеством воды. Для отмеривания пользуются мерными пипетками. Готовят следующие растворы: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 молярности. Для определения объемов раствора и воды, необходимых для приготовления смеси, составляют таблицу разведения, пользуясь правилом смешивания («правилом креста»). Концентрации исходных растворов располагают в верхней строке. Ниже, между ними,

31

подписывают значение требующейся концентрации и вычисляют его из значений исходных концентраций. Полученные разности дают искомое соотношение частей. Каждый из этих чисел относится к тому раствору, концентрация которого написана над этим числом. В том случае, когда исходный раствор разбавляется растворителем (вода), то слева вверху вместо меньшей концентрации ставят ноль. Например, из 1М раствора требуется получить 0,7М раствор:

0,7М

Следовательно, чтобы получить 1мл раствора 0,7 молярной концентрации, нужно взять 0,7мл одномолярного раствора и 0,3мл дистиллированной воды. Для получения 5мл раствора количество компонентов увеличивают в 5 раз.

Объем смешивающихся компонентов в мл

Приготовленные в пробирках растворы целесообразно закрыть пробками, чтобы избежать испарения.

Затем, при помощи лезвия готовят 14 срезов исследуемой ткани, например, эпидермиса чешуи синего лука; помещают срезы в воду на часовое стекло, чтобы удалить сок

32

из поврежденных клеток. Через несколько минут по два среза помещают в пробирки с растворами, начиная с менее концентрированного. При этом необходимо, чтобы срезы были ―утоплены‖ в раствор. Если же они всплывают, их ―утапливают‖ с помощью препаровальной иглы.

Через 20-30 минут срезы помещают на предметные стекла в капли тех растворов, в которых они находились, накрывают покровными стеклами и рассматривают под микроскопом в той же последовательности, начиная с меньшей концентрации. Этим обеспечивается одинаковая продолжительность нахождения срезов в растворах. Просмотрев все срезы, устанавливают концентрацию раствора, вызывающую начальный, то есть уголковый плазмолиз. Изотонический раствор, то есть раствор, имеющий одинаковое осмотическое давление с клеточным соком данного объекта, находится между раствором, концентрация которого вызывает первые признаки плазмолиза и предыдущим раствором, который плазмолиза не вызывает.

Например, уголковый плазмолиз наблюдается в растворе, имеющем концентрацию 0,5М, следовательно, изотонический раствор будет иметь концентрацию, равную 0,45М (0,4+0,5)/2= 0,45. Расчет осмотического давления в атмосферах производят по уравнению Вант-Гоффа.

Результаты опыта записывают в таблицу:

Сделать вывод о зависимости плазмолиза клеток от концентрации наружного раствора.

33

Вопросы для самоконтроля

1.Что понимают под осмотическим давлением раствора?

2.В каких условиях раствор проявляет осмотическое давление?

3.Почему раствор, налитый в сосуд, обладает осмотическим потенциалом, но не осмотическим давлением?

4.Почему осмотический потенциал растворов электролитов и неэлектролитов, имеющих одну и ту же молярную концентрацию, неодинаков: у электролитов больше, чем у неэлектролитов?

5.В чем смысл определения осмотического давления клеточного сока растений криоскопическим методом?

6.На чем основан плазмолитический метод определения осмотического давления клеточного сока?

Работа 9. Определение сосущей силы клеток упрощенным методом (поУршпрунгу)

Вводные пояснения. Поступление воды в клетку зависит от величины осмотического давления клеточного сока и осмотического давления окружающего клетку раствора. Однако оказалось, что поступление воды в клетку зависит также и от величины тургорного давления. По мере насыщения клетки водой увеличивается гидростатическое давление на клеточную оболочку. Оно обусловливает напряженное состояние клетки, которое называется тургорным давлением и обозначается буквой ―Т‖. Клеточная оболочка под влиянием тургорного давления эластически растягивается, что влечет за собой возникновение противодавления клеточной оболочки на содержимое клетки. Это противодавление обозначается буквой ―W‖ и всегда равно по величине тургорному давлению, но противоположно ему по знаку.

При полном насыщении клетки водой все осмотическое давление ―Р‖ полностью реализуется в виде тургорного давления (―Т‖), которое, в свою очередь, уравновешивается противодавлением клеточной оболочки (―W‖). В этих условиях

P = T = W, и вода не будет входить в клетку, как бы высока ни была концентрация клеточного сока. В состоянии полного насыщения находятся клетки водных растений, но его

34

почти никогда не бывает у наземных растений. Теряя воду в процессе испарения, клетки наземных растений оказываются не вполне насыщенными водой и поэтому не достигают состояния полного тургора (у них Р>Т). Часть их осмотического давления, определяющего способность всасывать воду, остается нереализованной. Эта остаточная часть всасывающей способности, равная разности осмотического и тургорного давлений клетки, называется сосущей силой. Сосущая сила (S) выражается уравнением:

S = Р – Т

При полном насыщении клетки водой ее сосущая сила равна нулю, тургорное давление будет равняться осмотическому. В состоянии плазмолиза тургорное давление клетки равно нулю, поэтому сосущая сила равна всему осмотическому давлению.

При погружении клетки в какой-либо раствор водообмен между ними определяется соотношением сосущих сил: вода передвигается в ту сторону, где больше сосущая сила. В зависимости от сосущей силы клеток и сосущей силы раствора, в котором они находятся, происходит поглощение клеткой воды или ее отдача. Это сопровождается изменением размера ткани и изменением концентрации окружающего раствора. Поэтому все методы определения сосущей силы растительных клеток делятся на две группы: определение сосущей силы по изменению размера ткани и определение сосущей силы по изменению концентрации растворов.

Определение сосущей силы клеток предлагаемым методом основано на изменении размеров клеток, помещенных в растворы разной концентрации. В изотоническом растворе, сосущая сила которого равна сосущей силе клеток, размеры клеток, следовательно, и размеры кусочков растительной ткани, остаются без изменений. В гипертоническом или гипотоническом растворе размеры клеток будут либо уменьшаться (раствор отнимает воду из клеток), либо уве-

35

личиваться (клетки всасывают воду из раствора), в зависимости от того, в каком направлении по законам диффузии и осмоса будет передвигаться вода – в клетку или из клетки.

Задача данной работы сводится к тому, чтобы найти раствор, сосущая сила которого равна сосущей силе исследуемой ткани, то есть раствор, в котором размеры клеток останутся неизменными.

Цель работы. Упрощенным методом определить сосущую силу клеток в клубне картофеля.

Материалы и оборудование: клубни картофеля; 1М

раствор NaCl; дистиллированная вода; бюретки с воронками; фильтровальная бумага; тарелка; кухонный нож; фломастер; кусок стекла с прямыми углами; линейки или полоски миллиметровой бумаги; пробирки; препаровальные иглы.

Ход работы. Приготовить в 8 пробирках по 10мл рас-

творы NaCl концентрации 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 и 1М,

смешивая соответствующие количества молярного раствора NaCl и дистиллированной воды. Затем вырезать из картофельного клубня при помощи ножа пластинку толщиной 3- 4мм. Из этой пластинки вырезать прямоугольник размерами (примерно) 3×4 см, после чего из прямоугольника нарезают полоски (по числу пробирок с приготовленными растворами) шириной 2-3 мм, используя в качестве линейки прямоугольный кусок стекла. Тщательно измеряют длину полосок с точностью до 0,5 мм. Приготовление и измерение полосок следует делать быстро, не допуская их завядания. Затем по одной полоске погружают в пробирки с растворами NaCl. Полоски должны быть полностью погружены в растворы.

Условные обозначения: увеличение длины (3 строка) обозначают знаком “+”; уменьшение длины – знаком “ – ‖.

36

Тургор обозначают словами: «сильный», «средний», «слабый» и «нет». Для его определения полоски раскладывают на край стола (тарелки и т.д.) так, чтобы они наполовину свисали с его края. Если полоски свисают – клетки потеряли тургор, если нет, то тургор имеется.

Сделать выводы, объяснив причину изменения длины полосок, найти изотонический раствор, в котором длина полоски не изменилась. Зная концентрацию изотонического раствора рассчитать по уравнению Вант-Гоффа сосущую силу клеточного сока, которая равна его осмотическому давлению.

Вопросы для самоконтроля

1.Что называют тургорным давлением растительной клетки?

2.Почему при полном насыщении клетки водой тургорное давление равно осмотическому давлению?

3.Что такое сосущая сила клетки? Как она возникает и каким уравнением выражается?

4.Какие методы используются для определения сосущей силы растительной клетки?

5.На чем основан метод определения сосущей силы клеток в проделанной вами работе?

Работа 10. Определение сосущей силы клеток методом струек (по В.С. Шардакову)

Вводные пояснения. Сила, с которой клетка всасывает в себя воду, называется сосущей силой клетки. Сосущая сила любого раствора численно равна его осмотическому давлению. Сосущая сила клетки равна разности между ее осмотическим и тургорным давлением.

Если погрузить растительную ткань в раствор, сосущая сила которого больше сосущей силы клеток, то раствор будет отсасывать воду из клеток, в результате чего концентрация раствора уменьшится, следовательно, уменьшится и его удельная масса. И наоборот, если сосущая сила клеток больше сосущей силы раствора, то клетки всасывают воду из раствора, который становится более концентрированным и его удельная масса увеличивается. При равенстве сосущих

37

сил клеток и раствора не происходит ни всасывания, ни отнятия воды, в результате чего концентрация раствора остается без изменения; не изменяется и его удельная масса. Изменение концентрации легко установить по изменению удельной массы раствора.

Цель работы. Ознакомиться с определением сосущей силы клеток корнеплода красной свеклы методом струек (по В.С. Шардакову).

Материалы и оборудование: корнеплод красной свек-

лы; пипетки с оттянутым в капилляр концом; пробирки; раствор поваренной соли в концентрации 1М; дистиллированная вода; фломастер; терка; марля; штативы для пробирок; ступка для свекольного сока.

Ход работы. Взять 7 хорошо вымытых сухих пробирок, пронумеровать их; смешивая соответствующие количества 1М раствора поваренной соли и дистиллированной воды, приготовить по 10 мл растворов следующих концентра-

ций (1моль/л): 0,7; 0,6; 0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1. Пробирки с рас-

творами поставить в штатив.

В это же время один из студентов готовит свежий свекольный сок для всей подгруппы. Для этого корнеплод свеклы необходимо натереть на терке и натертую массу отжать через три слоя марли в фарфоровую ступку. Полученный таким образом сок через воронку перелить в пробирку.

Набрать свекольный сок в пипетку с оттянутым в капилляр концом и опустить в соответствующую пробирку с исходным раствором так, чтобы конец пипетки был погружен в раствор на 2-3см. Медленно выпуская каплю сока, проследить за направлением струйки. Если удельная масса клеточного сока больше удельной массы раствора, то капля будет опускаться вниз. Если же, наоборот, удельная масса сока окажется меньше, чем раствора, то капля будет подниматься вверх. Наконец, можно заметить, что в одной из про-

38

бирок капля свекольного сока будет равномерно диффундировать во все стороны раствора. Это указывает на то, что удельная масса и концентрация раствора и клеточного сока свеклы одинаковы. Результаты записывают в таблицу:

В таблице стрелкой показывают направление движения капли свекольного сока. Соотношение сосущей силы свеклы и раствора указывают при помощи знаков <, > или = .

Определяют раствор, концентрация которого изотонична концентрации клеточного сока. Затем вычисляют осмотическое давление этого раствора и равную ему сосущую силу клеточного сока корнеплода свеклы по уравнению Вант-Гоффа.

Вопросы для самоконтроля

1.Чем отличается определение сосущей силы клеток по изменению концентрации растворов от нахождения этого показателя по изменению размера растительной ткани?

2.Почему найденную величину осмотического давления клеток по уровню Вант-Гоффа приравнивают к их сосущей силе?

Работа 11. Влияние ионов калия и кальция на вязкость и проницаемость цитоплазмы

Вводные пояснения. Вязкость* и проницаемость цитоплазмы зависят от степени дисперсности и гидратации коллоидов, содержания в клетке воды и наличия тех или иных ионов минеральных солей. Ионы минеральных солей, проникнув через плазмалемму в мезоплазму, вызывают изменения ее коллоидных свойств, в том числе вязкости и проницаемости цитоплазмы. Ионы, повышающие гидратацию коллоидов, снижают вязкость и увеличивают проницаемость, тогда как ионы, снижающие оводненность коллои-

_____________________________________________

Вязкость* – сопротивление, которое оказывает содержимое цитоплазмы взаимному перемещению под действием внешней силы

39

дов , увеличивают вязкость, уменьшая, тем самым, поры мембран и скорость проникновения веществ в клетку.

О вязкости и проницаемости цитоплазмы можно судить по форме плазмолиза протопласта клетки: при большой вязкости протопласт с трудом отстает от клеточной оболочки и длительное время сохраняет вогнутую форму, при невысокой же вязкости клетка быстро переходит в состояние выпуклого плазмолиза.

Характер действия на цитоплазму одно- и двухвалентных ионов различен: одновалентные ионы повышают гидратацию коллоидов, понижая вязкость и повышая проницаемость цитоплазмы, а двухвалентные ионы, наоборот, понижают гидратацию коллоидов, увеличивая вязкость и снижая проницаемость.

Ионы К+ и Са2+, таким образом, являются антагонистами: в растворе с ионами К+ цитоплазма быстро отстает от клеточной оболочки и принимает форму выпуклого плазмолиза; в растворе же с ионами Са2+ в течение длительного времени наблюдается вогнутый плазмолиз.

Цель работы. Показать влияние ионов калия и кальция на вязкость цитоплазмы по форме и времени наступления плазмолиза, а также скорости проникновения нейтрального красного в вакуоли клеток чешуи лука.

Материалы и оборудование: луковица синего и не-

окрашенного лука или листья традесканции; 1М раствор KNO3 и 0,7М Са(NO3)2; лезвие бритвы; препаровальная игла; микроскоп; предметные и покровные стекла.

Ход работы. 1. Готовят два препарата с эпидермисом лука: один в капле KNO3, второй – в капле Са(NO3)2. Наблюдают за ходом плазмолиза в том и другом случае. Все изменения отмечают. В растворе с ионами К+ протопласт

40