810

19.Сосущая сила клетки равна 5атм. Чему равно тургорное давление этой клетки, если известно, что осмотическое давление клеточного сока равно 12атм?

20.Клетка находится в состоянии полного насыщения водой. Осмотическое давление клеточного сока равно 8атм. Чему равны сосущая сила и тургорное давление этой клетки?

21.Клетка находится в состоянии полного завядания (начинающегося плазмолиза). Чему равны осмотическое давление клеточного сока и тургорное давление этой клетки, если известно, что сосущая сила этой клетки равна 5атм?

22.Клетка погружена в дистиллированную воду. В каком случае клетка будет всасывать в себя воду, а в каком не будет?

23.Клетка с осмотическим давлением клеточного сока 12атм погружена в изотонический раствор. Что произойдет с клеткой? Разберите два возможных случая.

24.Клетка погружена в раствор. Осмотическое давление клеточного сока равно 7атм., а наружного раствора – 5атм. Куда пойдет вода? Разберите три возможных случая.

25.Две живые клетки соприкасаются друг с другом. Куда пойдет вода, если осмотическое давление клеточного сока у первой клетки равно 10атм, а у второй – 8 атм? Разберите три возможных случая.

26.Две живые клетки соприкасаются друг с другом. Куда пойдет вода, если осмотическое давление клеточного сока у первой клетки равно 10 атм и тургорное давление 6 атм, а у второй клетки соответствующие показатели составляют 15 атм и 12 атм? Объясните.

51

2. ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ

Вода является основной составной частью растительных организмов. Еѐ содержание доходит до 95% от массы растения, и она участвует прямо или косвенно во всех его жизненных проявлениях.

Вода является средой, в которой протекают все процессы обмена веществ, и сама участвует в биологических превращениях (фотосинтез, дыхание, многочисленные гидролитические и синтетические процессы). Она составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает еѐ структуру, устойчивость входящих в состав цитоплазмы коллоидов, обеспечивает определѐнную конформацию молекул белка. Вода определяет тургесцентное состояние клетки и тканей растений. Благодаря водному току осуществляется связь между отдельными клетками и органами растений.

Столь широкое значение воды в жизни растений обусловлено еѐ уникальными свойствами. Вода – прекрасный растворитель, благодаря этому она способна транспортировать внутри клетки и по всему растению многие органические и минеральные соединения. Она обладает высокой теплоѐмкостью, теплопроводностью и теплотой парообразования. Это способствует стабилизации температуры растения. Испарение воды растением (транспирация) служит основным средством его терморегуляции. Высокое поверхностное натяжение способствует передвижению воды по капиллярам и сосудам растений, а высокая сила сцепления молекул воды в сосудах с отсутствием воздуха (до 400 атм) позволяет ей подниматься на высоту до 100 и более метров. Вода оказывает влияние на рост, развитие и продуктивность растений.

Водный режим растений зависит от соотношения поглощенной и испарѐнной воды. При оптимальном водном балансе расход воды должен компенсироваться поглощением воды из почвы корневой системой. Если же расход воды растением превышает еѐ поступление, растения завядают,

52

что приводит к нарушению обмена веществ клеток и растения в целом. Даже кратковременный недостаток влаги не проходит для растения бесследно: после установления оптимальных условий водоснабжения фотосинтез восстанавливается лишь через 5-7 суток, а рост – через 2-3 недели, что приводит к значительному снижению продуктивности растений.

Работа 16. Определение содержания воды и сухого вещества в растительном материале

Вводные пояснения. Содержание воды у разных растений и в их органах различно. Оно во многом зависит от погодных условий и этапов онтогенеза растений. Например, в листьях большинства растений воды содержится 65 – 82% от сырой массы. Влаголюбивые виды и сорта содержат много воды при достаточном количестве еѐ в почве, но быстро еѐ теряют при понижении влажности почвы. У более устойчивых к засухе форм содержание влаги в растениях, как правило, ниже, но еѐ количество более стабильно.

Содержание воды в растительных тканях обычно определяют весовым методом и вычисляют в процентах от их сухой или сырой массы. Высушивание растительного материала проводят при температуре 1050С в течение 5 часов. При температуре ниже 1000С испаряется лишь свободная вода, вода связанная остаѐтся. Для еѐ удаления из навески необходимо преодолеть силы сцепления между молекулами воды и растительными структурами путѐм затраты дополнительной энергии.

Цель работы. Определить содержание воды и сухого вещества в растительном материале весовым методом.

Материалы и оборудование: сухие семена; молодые проростки злаковых и бобовых культур; листья комнатных растений разного возраста (бегония, бальзамин, пальма, олеандр, китайская роза и др.); сушильный шкаф; бюксы; эксикатор; весы; щипцы.

53

Ход работы. В сухие бюксы помещают примерно по 5 г растительного материала и взвешивают их на весах с точностью до второго знака. Номера бюксов записывают и ставят их на 5 часов в сушильный шкаф при температуре 1050С с открытыми крышками. После этого открытые бюксы с помощью тигельных щипцов переносят в эксикатор на 30 минут для охлаждения. Затем бюксы закрывают крышками и взвешивают. Однако 5 часов для удаления влаги из растительного материала может быть недостаточно, поэтому после взвешивания бюксы открывают и ещѐ раз сушат при той же температуре, охлаждают и взвешивают. Так повторяется до тех пор, пока масса бюксов с навесками не будет постоянной. Сухую навеску из бюксов удаляют, и взвешивают пустые бюксы, устанавливая тем самым их абсолютно сухую массу. Результаты заносят в таблицу:

Содержание воды в процентах от сырой и сухой массы навески рассчитывают путѐм составления пропорции.

В заключение работы делается вывод.

Вопросы для самоконтроля

1.Каково значение воды в жизни растений?

2.Почему разные растения содержат неодинаковое количество воды? От чего это зависит?

3.Как можно определить содержание воды в растении?

54

Работа 17. Содержание свободной и связанной воды в растительном материале

Вводные пояснения. Вода, входящая в растения, по своим свойствам и назначению делится на свободную и связанную.

Свободная вода легко передвигается, вступает в различные биохимические реакции, испаряется в процессе транспирации и замерзает при низких отрицательных температурах. Она составляет 85-90% от общего количества воды клетки. Это вода, заполняющая вакуоли, межклетники и проводящие сосуды растений, а также вода протоплазмы, слабо связанная с еѐ веществами.

Связанная вода имеет несколько иные физические свойства. Она составляет 10-15% от всей воды в клетке. Связанная вода обладает меньшей упругостью пара, меньшей растворяющей способностью, большей плотностью. Поэтому в химическом отношении она менее активна, при низких отрицательных температурах не превращается в лѐд, при высоких температурах почти не испаряется.

Связанную воду в растении представляют: 1) коллоид- но-связанная вода, соединенная с белками цитоплазмы и другими полимерами, и 2) осмотически – связанная вода, удерживаемая осмотически активными веществами цитоплазмы и клеточного сока (минеральные соли, сахара, органические кислоты и т.п.).

Физиологическое значение свободной и связанной воды различно. Высокий уровень содержания свободной воды способствует более интенсивному обмену веществ и росту растений. Увеличение количества связанной воды и уменьшение свободной повышает устойчивость растений против неблагоприятных внешних условий, например, зимостойкость, засухоустойчивость и жаростойкость.

Наиболее удобным и простым методом определения связанной воды является рефрактометрический. Он основан

55

на том, что связанная вода не способна растворять вещества, растворимые в свободной воде. Поэтому, если к раствору сахарозы определѐнной концентрации добавить некоторое количество растительной массы, концентрация сахарозы снизится за счѐт свободной воды этой растительной массы. Количество свободной воды находят, используя показатели преломления по рефрактометру. Зная количество общей и свободной воды в растительном материале, находят количество связанной воды.

Цель работы. Определить содержание свободной и связанной воды в том же растительном материале, который использовался в работе №16.

Материалы и оборудование: растительные объекты те же, что в работе №16: а также ступка, 2 колбы на 100 мл; стеклянная палочка; рефрактометр; 25% раствор сахарозы.

Ход работы. Берут две навески по 10 г того растительного материала, который брали в работе №16, навески тщательно растирают в ступках, переносят в колбы на 100 мл, в одну из которых доливают 25 мл 25% раствора сахарозы, а в другую – 25 мл дистиллированной воды. Массу в колбах тщательно размешивают и настаивают в течение 1 часа.

Затем стеклянной палочкой с оплавленным концом берут несколько капель отстоявшегося раствора из каждой колбы, и при помощи рефрактометра определяют показатель преломления. Одновременно этот показатель определяют и в исходном растворе сахарозы. При помощи таблицы (см. приложение 1) по показателю преломления находят процент сахара в растениях.

Пример расчета. Предположим, что общее количество воды в 10 г навески составило 5 г, содержание сахарозы в растворе до опыта было 25 %, а после опыта стало 24. Концентрация сахара во время опыта снизилась на 1 % за счет разбавления раствора свободной водой навески. В 100 г это-

56

го разбавленного раствора будет содержаться 76 г воды (100 –

24).

В 100г исходного раствора было 25 г сахарозы, а для 24%-ной его концентрации количество воды определяют по пропорции:

24 г сахарозы – 76 г воды

25 г сахарозы – х воды

x 25 76 79.17г воды 24

Следовательно, в растворе сахарозы после опыта содержится округленно 79 г воды, которая включает в себя воду исходного раствора сахарозы (100 – 25 = 75) и свободную воду растительной навески, количество которой равно разности этих чисел (79 – 75 = 4), т.е. 4 мл.

Теперь находим количество связанной воды в навеске. Зная общее содержание воды в навеске (мы условились, что еѐ содержится 5 г) и свободной воды, можно вычислить содержание связанной воды. Оно равно разности между общим количеством воды и количеством свободной воды (5 мл-4 мл = 1мл). Выразив связанную воду в процентах от общего количества, получим 20 %

Вопросы для самоконтроля

1.Какую воду в растении называют свободной, какую связанной?

2.Отличаются ли физические и физиологические свойства свободной и связанной воды растения? В чем заключаются эти отличия?

3.На чем основан рефрактометрический метод определения количества связанной воды растения?

57

Работа 18 (демонстрационная). Корневое давление у растений

Вводные пояснения. Корневое давление у растений – это давление в проводящих сосудах корней, обеспечивающее (наряду с транспирацией) снабжение водой надземных органов. Корневое давление возникает главным образом в результате превышения осмотического давления в сосудах корня над осмотическим давлением почвенного раствора. Это превышение обычно составляет от 1 до 3-х атмосфер. Существование корневого давления можно наблюдать по явлениям ―плача‖ растений и гуттации.

―Плач‖ растений – это выделение пасоки (сока) из срезанного или повреждѐнного стебля под действием корневого давления. У древесных растений сок ―плача‖ можно наблюдать во время весеннего сокодвижения (например, выделение берѐзового сока), у травянистых – в течение всей вегетации. Максимум ―плача‖ растений можно наблюдать в полуденные часы, минимум – в предутренние часы. По ―плачу‖ растений судят о физиологической активности корней.

Цель работы. Продемонстрировать корневое давление у растений («плач» растений) путем выделения пасоки (сока) из срезанного стебля.

Материалы и оборудование: 3-недельные растения тыквы, огурца, томатов, картофеля, фуксии, амарантуса; каучуковая трубка, нитки, стеклянная трубка с делениями, пластилин.

Ход работы. У растения срезают стебель на расстоянии трѐх см от поверхности почвы. На оставшуюся часть стебля (пенѐк) надевают резиновую трубку, которую соединяют с отрезком градуированной стеклянной трубки. Место соединения резиновой трубки с оставшимся стеблем плотно обвязывают ниткой и заделывают пластилином, чтобы избежать вытекания пасоки.

В трубку наливают немного воды и отмечают еѐ уровень. Затем растение обильно поливают и наблюдают за из-

58

менением уровня воды в трубке. Сначала он немного снизится, а затем постепенно будет повышаться благодаря нагнетанию воды корневой системой из почвы. Результаты наблюдений записывают, а установку зарисовывают. По результатам наблюдений делают выводы.

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое корневое давление? Как оно возникает и какую роль имеет в жизни растений?

2.Что называют «плачем» растения? Что он доказывает?

3.Что собой представляет пасока и каково ее значение в жизни растения?

Работа 19. (демонстрационная). Влияние внешних условий на процесс гуттации

Вводные пояснения. Гуттация – выделение листьями растений избыточной жидкости под действием корневого давления, когда поступление воды в растение превышает транспирацию. Процесс выделения жидкости в виде капель осуществляется через водяные устьица (гидатоды), расположенные по краям и кончикам листьев. Гуттация чаще наблюдается рано утром или в условиях повышенной влажности воздуха у многих растений, когда транспирация затруднена, например, у земляники, манжетки, комнатного растения бальзамина, называемого в народе ―Ванькой мокрым‖ и др.

Значение гуттации в том, что растение освобождается от избытков воды и солей.

Цель работы. Экспериментально показать влияние корневого давления на процесс гуттации у растений в условиях превышения поступления воды в растение над процессом транспирации.

Материалы и оборудование: 3-4-дневные проростки пшеницы, ячменя, ржи или овса; горячая вода; снег; термометры; 3 стеклянных колпака, фильтровальная бумага.

59

Ход работы. 4 чашки Петри с проростками поставить в следующие условия:

1-ю чашку с проростками оставить на столе в условиях лаборатории;

2-ю чашку поставить в сосуд со снегом или в холодильник;

3-ю чашку поставить в сосуд с водой комнатной температуры (уровень воды должен быть ниже края чашки Петри с проростками);

4-ю чашку поместить в подогретую воду до 350С. Кусочками фильтровальной бумаги удалить имеющие-

ся на проростках капли жидкости, после чего закрыть три последних сосуда стеклянными колпаками.

Наблюдать за скоростью выделения капелек жидкости на концах проростков. Скорость гуттации обозначить словами: «нет гуттации», «очень медленно», «медленно». Результаты наблюдений занести в таблицу:

Ввыводах объяснить, почему скорость гуттации разная

вразных вариантах (сопоставить варианты друг с другом).

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое гуттация?

2.При каких условиях возникает гуттация у растений?

3.Каково значение гуттации в жизни растений?

Работа 20. Особенности диффузии водяного пара через малые отверстия

Вводные пояснения. Испарение воды с поверхности листа проходит главным образом через устьица (70 – 80% от всего испарения листа), т.е. через малые отверстия. Число устьичных отверстий колеблется, в зависимости от вида растения, от 10 до 600 на 1 мм2 листа. Диаметр устьичных щелей составляет всего 3-12 мкм. При открытых устьицах общая поверхность устьичных щелей составляет всего 1-2 %

60