810

быстро отстает от клеточной оболочки и принимает форму выпуклого плазмолиза, в растворе же с ионами Са2+ длительное время наблюдается вогнутый плазмолиз. По одной клетке зарисовывают. Делают вывод о влиянии ионов калия

икальция на вязкость цитоплазмы.

2.Наливают в две фарфоровые пронумерованные чашки по 18 капель раствора нейтрального красного. В одну

чашку добавляют 2 капли 1М раствора KNO3, а в другую – 2 капли 1М раствора Са(NO3)2. В каждую чашку опускают по три среза эпидермиса чешуи обыкновенного (неокрашенного) лука или по три листочка элодеи. Через 5 минут вынимают по одному срезу (или листочку), обсушивают фильтровальной бумагой и приготовляют препараты, поместив их в каплю 1М раствора сахарозы и накрыв покровным стеклом. То же самое делают с объектами, пролежавшими в растворе краски в течение 10 и 15 минут. Рассматривают плазмолизированные клетки в микроскоп, и сравнивают скорость проникновения нейтрального красного в вакуоли

(по интенсивности окраски).

Делают вывод о влиянии ионов К+ и Са2+ на проницаемость цитоплазмы.

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое вязкость? От чего зависят вязкость и проницаемость цитоплазмы растительной клетки?

2.По какому состоянию клетки можно судить о вязкости и проницаемости еѐ цитоплазмы?

3.Какое влияние на вязкость и проницаемость цитоплазмы оказывают одно- и двухвалентные ионы?

4.Почему ионы К+ и Са2+ оказывают на цитоплазму антогонистическое действие?

Работа 12. Прижизненное окрашивание клеток нейтральным красным

Вводные пояснения. Цитоплазма не является идеальной полупроницаемой преградой на пути веществ, поступающих в клетку: она пропускает не только воду, но и некоторые

41

растворенные в ней вещества. К числу таких веществ относится краска нейтральный красный, которая свободно проникает в вакуоли живых клеток и окрашивает клеточный сок. Отмирание цитоплазмы при этом не происходит, в чем можно легко убедиться, вызвав плазмолиз окрашенных клеток (плазмолиз может быть только у живых клеток). Нейтральный красный – двухцветный индикатор: в кислой среде (рН<6) он приобретает малиновую окраску, в щелочной – желтую.

Для понимания результатов данной работы необходимо иметь в виду, что в нейтральной реакции среды нейтральный красный не диссоциирует на ионы, поэтому хорошо растворяется в липидах мембран клетки, тогда как в кислой среде это вещество диссоциирует на ионы, поэтому плохо растворяется в липидах. Цитоплазма живой клетки имеет слабое сродство к красителю, поэтому окрашивание цитоплазмы и ядра нейтральным красным – признак повреждения клетки. Вакуоли отмерших клеток не окрашиваются, а окрашивается в желто-розовый цвет цитоплазма и ядра.

Цель работы. На примере нейтрального красного убедиться в том, что цитоплазма живой клетки не является идеальной полупроницаемой преградой на пути поступления веществ.

Материалы и оборудование: луковица обыкновенного

(неокрашенного) лука; 0,02%-ный раствор нейтрального красного; 1М раствор KNO3; лезвие бритвы; препаровальная игла; микроскоп; предметные и покровные стекла; стеклянная палочка; стаканчик с водой; кусочки фильтровальной бумаги; цветные карандаши.

Ход работы. Приготовить 1 – 2 среза эпидермиса чешуи лука, поместить их на предметное стекло в большую каплю нейтрального красного. Через 10 минут отсосать краску фильтровальной бумагой. Перенести один из срезов в каплю воды, закрыть покровным стеклом и препарат рас-

42

смотреть под микроскопом. Заменить воду на раствор KNO3 и продолжать наблюдение сначала при малом, а затем при большом увеличении.

Зарисовать одну плазмолизированную клетку, отметив, какая часть окрашена красителем – оболочка, цитоплазма или вакуоль и в какой цвет. Сделать вывод о проницаемости цитоплазмы для нейтрального красного и о реакции (рН) содержимого клеток.

Вопросы для самоконтроля

1.Какую окраску принимают цитоплазма и клеточный сок живой и отмершей клеток? Почему?

2.Почему краска нейтральный красный не окрашивает цитоплазму и ядро живой растительной клетки, а скапливается в клеточном соке вакуолей?

Работа 13. Разная проницаемость пограничных слоев цитоплазмы. Колпачковый плазмолиз

Вводные пояснения. Цитоплазма клетки включает в себя три слоя: плазмалемму, мезоплазму и тонопласт. Проникновение веществ в клетку происходит в несколько этапов. Сначала они поступают в мезоплазму через плазмалемму, затем перемещаются в клеточный сок через тонопласт. Плазмалемма и тонопласт – это две белково-липидные мембраны, обладающие различной проницаемостью для растворенных в воде веществ.

Различают два вида проникновения веществ в клетку, связанных с различной избирательной проницаемостью ее мембран: сквозную проницаемость и одностороннюю проницаемость. При сквозной проницаемости вещество проходит через всю толщу цитоплазмы и попадает в клеточный сок, то есть в вакуоль. При односторонней проницаемости вещество проходит через плазмалемму и попадает в мезоплазму, но не может пройти через тонопласт, так как эта мембрана вдвое толще и плотнее по сравнению с плазмалеммой. В этом можно легко убедиться на примере возникновения колпачкового плазмолиза.

43

Колпачковый плазмолиз появляется при действии гипертонического раствора какой-либо соли калия, который повышает гидрофильность коллоидов цитоплазмы. Раствор проникает через плазмалемму, но не проходит или слабо проходит через тонопласт. В результате мезоплазма набухает в виде колпачков на узких сторонах вакуоли клетки эпидермиса чешуи лука.

Цель работы. На примере возникновения колпачкового плазмолиза убедиться в различной проницаемости плазмолеммы и тонопласта клетки для растворенных в воде веществ.

Материалы и оборудование. Луковица синего лука; 1М

раствор KNO3 или KCNS; микроскоп; предметные и покровные стекла; препаровальные иглы; лезвия.

Ход работы. Приготовляют срез нижнего эпидермиса чешуи синего лука. Срез погружают в раствор роданистого калия или азотнокислого калия, налитый в чашечку с крышечкой (можно в стеклянный бюкс), чтобы не происходило испарения раствора и не повышалась его концентрация.

Срез оставляют в растворе на 20-30 минут. После этого его рассматривают под микроскопом. В ряде клеток обнаруживают так называемый колпачковый плазмолиз (рис. 4). За ходом плазмолиза сначала наблюдают при малом увеличении. В гипертоническом растворе при участии ионов калия, которые относительно легко проходят через плазмалемму, в клетках довольно быстро наступает выпуклая форма плазмолиза. Однако через тонопласт ионы калия проникают гораздо медленнее, поэтому через некоторое

Рис. 4.

время мезоплазма набухает в виде серых кол-

Колпачковый пачков. Они хорошо видны при большом уве- плазмолиз личении микроскопа. Таким образом, колпач-

ковый плазмолиз показывает, что растворенные вещества поступают в клетку, но при своем проникно-

44

вении испытывают различную проницаемость отдельных слоев цитоплазмы.

Зарисуйте одну клетку с хорошо выраженным колпачковым плазмолизом.

Вопросы для самоконтроля

1.Что понимают под сквозной и односторонней проницаемостью веществ в клетку?

2.Почему тонопласт обладает меньшей проницаемостью для растворенных в воде веществ по сравнению с плазмалеммой?

3.Что понимают под колпачковым плазмолизом? В каких условиях его можно наблюдать?

Работа 14. Проницаемость живой и мертвой цитоплазмы для клеточного сока

Вводные пояснения. Растительная клетка покрыта твердой клеточной оболочкой, под которой находится протопласт, включающий в себя цитоплазму с различными органоидами, ядром и вакуолью, заполненную клеточным соком. Клеточный сок – это водный раствор органических и минеральных веществ. В вакуолях клеток некоторых растений содержатся водорастворимые пигменты, чаще всего антоцианы.

Проницаемость цитоплазмы связана с ее структурной неоднородностью. Плазмалемма и тонопласт обладают полупроницаемостью, так как легко пропускают воду и очень медленно большинство растворенных веществ. Причем меньшей проницаемостью обладает внутренняя цитоплазматическая мембрана – тонопласт. Поэтому растворенные в клеточном соке вещества, например некоторые пигменты, не выходят из клетки наружу. Плазмалемма обладает большей проницаемостью, а самый наиболее проницаемый слой

– мезоплазма.

Проницаемость цитоплазмы изменяется в зависимости от внешних и внутренних условий: температуры, рН среды, наркотиков, ядов, наличия тех или иных катионов, кислот, щелочей и т.п. При воздействии неблагоприятных факторов

45

полупроницаемость клеток нарушается и клеточный сок беспрепятственно проходит через тонопласт, мезоплазму, плазмалемму, достигает пористой оболочки клетки и выходит наружу. Убедиться в этом можно, поставив следующий опыт.

Цель работы. Показать, что проницаемость цитоплазмы, ее полупроницаемость может изменяться в зависимости от воздействия внешних и внутренних условий: температуры, рН среды, наркотиков, ядов, кислот, щелочей и т.п.

Материалы и оборудование: корнеплод красной свѐк-

лы; 30% уксусная кислота; хлороформ; 50% этиловый спирт; скальпель; пинцет; штатив с пробирками (5шт); химический стакан; спиртовка; спички; держалка для пробирок; пробочное сверло (d = 0,8см).

Ход работы. Из корнеплода красной свеклы пробочным сверлом вырезают 5 высечек длиной по 2см. Высечки тщательно промывают под струей водопроводной воды, чтобы удалить клеточный сок поврежденных при вырезке клеток, пока стекающая вода не станет бесцветной. Помещают высечки в 5 пронумерованных пробирок. Одну из высечек кипятят над спиртовкой в пробирке с водой в течение 1-2 минут с момента закипания. Высечки в заполненные жидкостями пробирки погружают одновременно.

Закладывают опыт по следующей схеме:

Через 30 минут содержимое пробирок встряхивают и результаты наблюдений заносят в таблицу, используя следующие обозначения:

46

-если жидкость бесцветная – ― - ‖ (минус)

-если слабое окрашивание – ―+‖ (один плюс)

-если достаточное окрашивание – ―++‖ (два плюса)

-если сильное окрашивание – ―+++‖ (три плюса)

Отмечают: в 1-й пробирке вода осталась бесцветной, так как живой тонопласт обладает избирательной способностью: воду он пропускает, а клеточный сок – нет; во 2-й пробирке вода окрасилась в ярко красный цвет, так как клеточный сок беспрепятственно прошел через мертвый протопласт, тонопласт, мезоплазму, плазмалемму, клеточную оболочку и вышел в пробирку с водой. Кипячение разрушает клеточную структуру, белки цитоплазмы свертываются, протопласт погибает. В 3-й пробирке вода слабо окрашена: спирт вызывает гибель только некоторых клеток. В 4-й пробирке вода окрашивается в красный цвет, так как кислота вызывает коагуляцию белков и гибель клеток. В 5-й пробирке вода слабо окрашена: под действием хлороформа цитоплазма впадает в состояние наркоза, что ослабляет ее проницаемость.

Вконце опыта для определения жизнеспособности клеток готовят тонкие срезы высечек, помещают их в капли

1М раствора KNO3 и рассматривают под малым увеличением микроскопа. Живые клетки дают плазмолиз.

Вконце работы делают выводы о проницаемости живой и мертвой цитоплазмы для клеточного сока.

Вопросы для самоконтроля

1.Что представляет собой клеточный сок растений?

2.Какова проницаемость плазмалеммы, цитоплазмы и тонопласта? Чем она обусловлена?

3.Почему растворенные в клеточном соке вещества не выходят из живой клетки наружу?

4.При действии каких растворов проницаемость клеточных структур нарушается и клеточный сок беспрепятственно выходит из клетки?

47

Работа 15. Определение жизнеспособности семян методом окрашивания (по Д. Н. Нелюбову)

Вводные пояснения. Этот метод определения жизнеспособности семян впервые был разработан Д. Н. Нелюбовым. Он основан на том, что живая плазма клеток зародыша непроницаема для раствора индигокармина, кислого фуксина и других анилиновых красок, тогда как мертвая легко их пропускает и окрашивается. Для того чтобы окружающие зародыш части семени не препятствовали проникновению к нему краски, необходимо предварительно обнажить зародыш: у семян с эндоспермом извлечь зародыш или разрезать семя вдоль, а у семян без эндосперма удалить семенные покровы.

Цель работы. Ознакомиться с методом определения жизнеспособности семян (метод Д.Н. Нелюбова), основанном на непроницаемости живых клеток зародыша для индигокармина, кислого фуксина и других анилиновых красок и свободной проницаемости их для мертвых клеток.

Материалы и оборудование: семена гороха, намочен-

ные в воде за несколько часов до занятия; раствор индигокармина 1:2000 (0,5г на 1л дистиллированной воды); фарфоровая или стеклянная чашка; стакан с опилками; препаровальная игла; фломастер.

Ход работы. Отсчитать, не выбирая, 10 набухших в воде семян и осторожно, не повреждая семядолей, очистить препаровальной иглой от кожуры. Очищенные семена залить раствором индигокармина и выдержать 30-40 минут, после чего слить краску обратно в бутылочку, а семена отмыть водой от избытка красителя. Подсчитать число окрашенных (невсхожих), слабо окрашенных и неокрашенных (всхожих) семян. Частично окрашенные семена относят к числу жизнеспособных. Для окончательной проверки все 10 семян высевают в стакан с влажными опилками и ставят в

48

термостат. Через несколько дней подсчитывают число фактически проросших семян.

Результаты записывают в таблицу:

Сопоставляют результаты, полученные при окрашивании и при проращивании.

Вопросы для самоконтроля

1.На чѐм основано определение жизнеспособности семян по методу Д.Н. Нелюбова?

2.Где можно использовать метод определения жизнеспособности семян по Д.Н. Нелюбову и какое значение этот метод имеет?

Вопросы и задачи по теме «Физиология растительной клетки»

1.Можете ли вы отличить живую клетку от мертвой? Как вы это сделаете?

2.После сильных морозов зимой некоторые плодовые растения или их побеги погибают. Можете ли вы отличить погибшие побеги от живых? Как вы это сделаете?

3.Что понимают под полупроницаемостью мембран клетки и их избирательной проницаемостью?

4.Какая мембрана обладает более низкой проницаемостью для растворенных веществ – плазмалемма или тонопласт? Приведите доказательства.

5.Набухшие семена фасоли очистили от кожуры и погрузили на один час в 0,1% раствор индигокармина. У 40% семян зародыши окрасились в синий цвет. Какой вывод можно сделать о жизнеспособности этих семян?

6.Побег элодеи выдержали в течение 1 часа в растворе нейтрального красного, после чего оторвали листья и рассмотрели на светлом фоне. Нижние (боле старые) листья окрасились полностью, средние – частично, а у самого молодого ли-

49

ста был окрашен только кончик. Как вы объясните полученный результат?

7.Листочки элодеи поместили в две чашки с раствором нейтрального красного, добавив в одну чашку несколько ка-

пель раствора KNO3, а в другую – Ca(NO3)2. В чашке с раствором KNO3 листочки элодеи окрасились быстрее. Как объяснить результат описанного опыта?

8.Из корнеплода красной свеклы вырезали два брусочка, которые после тщательного промывания поместили в пробирки с водой комнатной температуры, добавив в одну из пробирок 5 капель хлороформа. Какова будет окраска воды в пробирках

через час после начала опыта? Как объяснить этот результат?

9.У какого раствора больше осмотическое давление: у 5% саха-

розы (С12Н22О11) или у 5% глюкозы (С6Н12О6) при температуре 27оС? Объясните.

10.Молярные растворы КСl и СаСl2 разделены полупроницаемой перепонкой. В сторону какого раствора будет диффундировать вода?

11.У какого раствора выше осмотическое давление клеточного сока: у растения, выросшего в тенистом влажном месте или у растущего в степи? Как объяснить эти различия?

12.В клетках каких растений выше концентрация клеточного сока: у растущих на солончаках или на незасоленных почвах? С

чем это связано?

13.Молярные растворы глюкозы и сахарозы разделены полупроницаемой перепонкой. В сторону какого раствора будет диффундировать вода?

14.Можно ли отнять воду от клетки после достижения ею состояния полного завядания, то есть полной потери тургора? Объясните.

15.Чем занято пространство между клеточной оболочкой и протопластом в плазмолизированной клетке?

16.Что произойдет с плазмолизированными клетками после переноса их в гипотонический раствор?

17.Кусочки растительной ткани погружены в растворы с 1М NаСl и 1М сахарозы. В каком из названных растворов будет наблюдаться более сильный плазмолиз?

18.Чему равны сосущая сила клетки и тургорное давление: а) при полном насыщении клетки водой; б) при плазмолизе?

50