Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 2 (страница 48)

Ψ_клетки = ТД_клетки — ОД_клетки[13]

В состоянии равновесия ψ_клетки = ψ_{расхвора}, или ψ_внутр = ψ_наружи, где "внутр" означает внутренний раствор, а "наружн" — наружный раствор.

Ниже мы даем несколько вопросов для проверки понимания тех терминов, которые мы только что использовали. При этом не следует забывать, что

1) вода всегда движется от более высокого водного потенциала к более низкому;

2) для того чтобы две системы находились в равновесии, у них должен быть одинаковый водный потенциал;

3) в большинстве случаев количества воды, поступающей в растительную клетку или выходящей из нее, недостаточно для того, чтобы заметно изменить осмотическое давление в клетке (поэтому при дальнейших расчетах исходят из того, что осмотическое давление остается постоянным), хотя тургорное давление сильно изменяется.

14.5. Опишите, что произойдет, если клетку в состоянии начинающегося плазмолиза с ОД 2000 кПа поместить в раствор с ОД 1200 кПа. Каковы будут величины ψ и ТД клетки в состоянии равновесия?

14.6. Если ОД клеточного сока в клетке, уравновешенной с чистой водой при нормальном атмосферном давлении, составляет 110 кПа, каково будет ТД?

14.7. Если клетку сначала уравновесить с чистой водой, а затем перенести в раствор сахарозы, водный потенциал которого составляет — 800 кПа, то

а) Какова будет разность величин ψ между содержимым клетки и наружным раствором в момент переноса?

б) Куда пойдет вода — внутрь клетки или из клетки?

в) Возрастет или понизится ТД?

14.1.8. Осмотическое передвижение воды из клетки в клетку

Рассмотрите ситуацию, изображенную на рис. 14.4, когда две клетки с вакуолями, имеющие разный водный потенциал, контактируют друг с другом.

Рис. 14.4. Две соседние вакуолизированные клетки

14.8. а) В какой клетке водный потенциал выше?

б) В каком направлении пойдет вода в результате осмоса?

в) Каков будет водный потенциал в этих клетках в состоянии равновесия?

г) Какими будут величины осмотического и тургорного давления в этих клетках при достижении равновесия?

Опыт 14.2. Определение среднего осмотического давления клеточного сока в препарате растительных клеток методом начинающегося плазмолиза

Осмотическое давление в растительных клетках можно измерять различными методами, но самый удобный из них — это метод начинающегося плазмолиза. Он основан на следующих соотношениях:

(1) ψ_клетки = ТД — ОД; ψ_{раствора} = — ОД;

(2) ψ_клетки = ψ_{раствора}, когда эти две системы находятся в равновесии.

Препараты исследуемой ткани уравновешивают в растворах разной концентрации (с разным водным потенциалом); цель этого — подобрать раствор, который вызывает начинающийся плазмолиз, т. е. заставляет протопласты сморщиваться настолько, что едва-едва начинается отделение протопласта от клеточной стенки. В этот момент тургорное давление равно нулю, поскольку протопласт уже не давит на клеточную стенку, так что ψ_клетки = — ОД_клетки = ψ_{раствора} = — ОД_{раствора} [из уравнений (1) и (2), приведенных выше]. Другими словами, осмотическое давление раствора, который вызывает начинающийся плазмолиз, будет таким же, как и у клеточного сока.

На самом деле осмотическое давление в клетках одной и той же ткани сильно варьирует, так что одни клетки плазмолизируются в более разбавленных растворах, чем другие. Считают, что плазмолиз начинается тогда, когда плазмолизируется 50% клеток. В этот момент остальные 50% клеток еще не плазмолизированы, и можно сказать, что "средняя" клетка находится в состоянии начинающегося плазмолиза. Полученная величина отражает среднее значение осмотического давления в ткани.

Черешок ревеня или луковица

6 чашек Петри

6 пробирок

Штатив для пробирок

Этикетки или восковой карандаш

2 градуированные пипетки на 10 или 25 мл

2 стакана на 100 мл

Тонкая кисточка для рисования

Дистиллированная вода

1 М раствор сахарозы

Тонкий пинцет

Пастеровские пипетки

Предметные и покровные стекла

Микроскоп

Миллиметровка

Бритвенное лезвие или острый скальпель

(После этого первого метода мы опишем другую методику для свеклы.)

1. Подпишите шесть чашек Петри и шесть пробирок для следующих растворов сахарозы: 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5 и 0,6 М.

2. Возьмите градуированную пипетку на 10 или 25 мл, стакан дистиллированной воды и стакан 1 М раствора сахарозы и приготовьте в пробирках по 20 мл раствора различной концентрации. Объемы, которые нужно взять для этого, указаны в табл. 14.3.

Таблица 14.3. Приготовление разбавленных растворов сахарозы для опыта 14.2

3. Хорошо перемешайте каждый раствор путем встряхивания пробирки. Это очень важно. Вылейте полученные растворы в соответствующие чашки Петри.

4. Лук. Оторвите одну из мясистых чешуй луковицы. Пока внутренний эпидермис еще находится на месте, возьмите лезвие или скальпель и вырежьте в нем 6 квадратиков размером приблизительно 5 x 5 мм. Тонким пинцетом отделите квадратики и сразу же положите их по одному в каждую чашку Петри. Осторожно покачайте чашки, чтобы ткань была полностью погружена и хорошо промылась раствором сахарозы. Оставьте чашки примерно на 20 мин.

Ревень. Прорежьте в наружном эпидермисе 6 квадратиков размером около 5x5 мм, отделите их и т.д., как описано для лука.

5. С помощью кисточки выньте ткань из 0,60 М раствора и перенесите ее на предметное стекло в раствор сахарозы той же концентрации. Накройте покровным стеклом и рассмотрите под микроскопом.

6. При малом увеличении выберите подходящую зону клеток. Затем используйте объектив для среднего или большого увеличения и просмотрите выбранную зону, передвигая стекло. Запишите, в каком состоянии (плазмолизированном или нет) находятся первые 100 просмотренных клеток. Клетку считают плазмолизированной, если протопласт в ней хотя бы чуть-чуть отошел от клеточной стенки.

7. Повторите всю процедуру с остальными квадратиками ткани в соответствующих растворах.

8. Подсчитайте процент плазмолизированных клеток в каждом растворе. Постройте график, отложив по вертикальной оси процент плазмолизированных клеток, а по горизонтальной — молярность раствора сахарозы.

9. По графику определите молярность раствора сахарозы, при котором плазмолизируется 50% клеток.

10. Постройте график зависимости осмотического давления (по вертикальной оси) от молярности раствора сахарозы (по горизонтальной оси) по данным, приведенным в табл. 14.4.

Таблица 14.4. Осмотическое давление растворов сахарозы при 20°С

11. Из полученного графика определите осмотическое давление того раствора, который вызывает 50%-ный плазмолиз. Эта величина будет соответствовать усредненному осмотическому давлению клеточного сока.

На рис. 14.5 показана типичная кривая для эпидермиса лука. Сходные результаты получаются и с эпидермисом ревеня.

Рис. 14.5. Доля плазмолизированных клеток в эпидермисе лука при разных концентрациях сахарозы в растворе

14.9. Какова величина осмотического давления в клетках эпидермиса лука, если 50% клеток плазмолизируется в 0,38 М растворе сахарозы?

Корень свеклы — гораздо менее удобный материал; однако, если этот опыт объединить с опытом 14.3, можно будет определить тургорное давление в клетках свеклы, хотя следует подчеркнуть, что у разных корней водный потенциал и осмотическое давление могут быть разными. В обычных условиях осмотическое давление у свеклы выше, чем у лука или ревеня, так как в вакуолях свеклы больше сахара и неорганических солей.

Методику нужно слегка модифицировать: этапы 1-3 те же, что и в опыте с луком и ревенем. Единственное отличие — это концентрации растворов: 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6 и 0,7 М. Затем (4) вырежьте из корня прямоугольный "столбик" квадратного сечения размером примерно 5 x 5 мм. Возьмите лезвие и сделайте тонкие квадратные срезы (не более 0,5 мм толщиной). Чем тоньше будут срезы, тем легче будет подсчитать плазмолизированные клетки. Окрашенный сок облегчает подсчет. Срезы следует сделать перед самым занятием и подержать их в дистиллированной воде. Положите по нескольку срезов в каждый раствор и оставьте их в сахарозе примерно на 30 мин. Тем временем рассмотрите под микроскопом срезы, залитые дистиллированной водой, чтобы познакомиться, как выглядят неплазмолизированные клетки. Скорее всего, срезы будут тоньше с краю, и там их легче рассматривать. Некоторые поврежденные клетки могут оказаться обесцвеченными, а около проводящей ткани иногда будут видны более мелкие клетки; их не надо брать для подсчета. Этапы 5-11 те же, что и в предыдущем опыте; начните с ткани, помещенной в раствор 0,7 М.