Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 2 (страница 49)

Серия данных, полученных для свеклы, приведена в табл. 14.5.

Таблица 14.5. Изменение доли плазмолизированных клеток в ткани из корня свеклы при различной концентрации сахароз в растворе

14.10. Каково усредненное осмотическое давление в клетках свеклы, использованных в этом эксперименте? (Чтобы ответить на этот вопрос, вам нужно будет построить график.)

Опыт 14.3. Определение водного потенциала растительной ткани

Водный потенциал — это мера стремления молекул воды перемещаться из одного места в другое. Принцип опыта состоит в подборе раствора с известным водным потенциалом, в котором исследуемая ткань не будет ни поглощать, ни терять воду. Препараты ткани помещают для уравновешивания в растворы различной концентрации. Ткань будет иметь тот же водный потенциал, что и раствор, в котором не произойдет никаких изменений (увеличения или уменьшения) массы или объема ткани. Описанный ниже метод основан на регистрации изменений объема, а не массы.

Свежий клубень картофеля или корень свеклы

6 чашек Петри

5 пробирок

Штатив для пробирок

Этикетки или восковой карандаш

2 градуированные пипетки на 10 или 25 мл

Кафельная плитка

Дистиллированная вода

1 М раствор сахарозы

Скальпель или нож

2 стакана на 100 мл

Миллиметровка

1. Подпишите шесть чашек Петри для дистиллированной воды и для 0,1; 0,25; 0,75 и 1,0 М растворов сахарозы. Подпишите пять пробирок, по одной для каждого раствора сахарозы.

2. Возьмите градуированную пипетку, стакан с дистиллированной водой и стакан с 1 М раствором сахарозы и приготовьте в отдельных пробирках по 20 мл раствора сахарозы различной концентрации. Для разведения удобно пользоваться таблицей 14.3.

3. Встряхивая пробирки, хорошо перемешайте каждый раствор.

4. Вылейте приготовленные растворы в соответствующие чашки Петри. В 6-ю чашку налейте 20 мл дистиллированной воды.

5. Проверьте, не мокрые ли чашки (если надо, протрите их снизу), и поставьте на миллиметровку.

6. Возьмите нож или скальпель, сделайте срез толщиной 2 мм из середины большого корня свеклы или большой картофелины и вырежьте из него 12 прямоугольных полосок толщиной 2 мм, шириной 5 мм и максимальной длины (около 5 см). Работать надо быстро, чтобы избежать потери воды в результате испарения, так как это понизит водный потенциал ткани.

7. В каждую чашку Петри положите по две полоски, полностью погрузите их в раствор и тотчас же измерьте длину полосок по миллиметровке, на которой стоят чашки. Покачайте каждую чашку, чтобы промыть полоски.

8. Закройте чашки крышками и оставьте их хотя бы на час, а лучше на сутки.

9. Снова измерьте длину полосок, рассчитайте среднее изменение длины в процентах. Постройте график зависимости среднего изменения длины полоски (по вертикальной оси) от молярной концентрации раствора сахарозы (по горизонтальной оси). Изменение длины полосок означает и изменение объема.

10. По полученной кривой определите ту концентрацию раствора сахарозы, при которой длина полосок совершенно не изменяется.

И. Постройте график зависимости осмотического давления (по вертикальной оси) от молярной концентрации раствора сахарозы (по горизонтальной оси), воспользовавшись данными, приведенными в табл. 14.4.

12. По этому графику определите, при каком осмотическом давлении раствора длина полосок не меняется. Водный потенциал ткани вычисляют с помощью уравнения

ψ_клетки = ψ_{наружного раствора} = -ОД_{наружного раствора}

13. Если использовался корень свеклы и если опыт 14.2 уже проведен (т. е. уже определено осмотическое давление), рассчитайте тургорное давление по формуле ψ = ТД — ОД.

Таблица 14.6. Длина полосок, вырезанных из корня свеклы, после 24 ч выдерживания их в дистиллированной воде или в растворах сахарозы различной концентрации

14.11. Каково будет усредненное значение водного потенциала в клетках свеклы, если воспользоваться данными табл. 14.6? [Вам нужно будет рассчитать среднее изменение длины (в процентах) и построить график.]

14.12. Зачем в каждую чашку Петри надо класть по меньшей мере две полоски ткани?

14.13. Зачем накрывают чашки Петри, когда их оставляют стоять?

14.14. Если осмотическое давление в клетках свеклы 1400 кПа, а водный потенциал равен — 950 кПа, то каково будет усредненное тургорное давление?

14.15. Рассмотрите эксперимент, представленный на рис. 14.6. Полый стебель одуванчика (Taraxacum officinale) разрезают вдоль на 4 полоски по 3 см длиной, а затем эти полоски погружают в дистиллированную воду или в растворы сахарозы разной концентрации.

а) Почему при продольном разрезе стебля отрезанные полоски тотчас же отгибаются наружу?

б) Почему полоска Б в дистиллированной воде еще больше закручивается наружу?

в) Почему полоска В в концентрированном растворе сахарозы закручивается внутрь?

г) Почему полоска А сохраняет свою кривизну в разбавленном растворе сахарозы?

д) Что можно определить в таком опыте: осмотическое давление, водный потенциал или тургорное давление клеток стебля? Спланируйте постановку эксперимента для определения данной величины, полностью опишите все детали процедуры.

Рис. 14.6. Опыт со стебельками одуванчика. Исследование влияния дистиллированной воды и растворов сахарозы на скручивание полосок, вырезанных из стебелька

14.1.9. Влияние нагревания и спиртов на мембраны

Некоторые воздействия, например обработка этанолом или нагревание, нарушают избирательную проницаемость клеточных мембран. Хотя мембраны и сохраняются, но они ведут себя так, будто в них образовались отверстия, и при этом исчезает барьер проницаемости для таких крупных молекул, как сахароза. Высокие температуры и спирты денатурируют белки мембран и увеличивают текучесть мембранных липидов; кроме того, при высокой концентрации спирты растворяют липиды.

14.16. Вакуоли клеток свеклы окрашены в красный цвет. Исходя из этого, спланируйте эксперимент для исследования влияния нагревания и этанола на избирательную проницаемость клеточных мембран свеклы.

14.1.10. Дополнение

(1) Термин "водный потенциал" был предложен для замены терминов "дефицит диффузионного давления" и "сосущая сила". Смысл последних объясняется ниже.

Дефицит диффузионного давления (ДДД) и сосущая сила (СС). Как мы уже говорили, осмос можно рассматривать как особый род диффузии, когда переносятся только молекулы воды. Раньше стремление молекул воды к перемещению измеряли величиной диффузионного давления (ДД). Чем выше концентрация молекул воды в растворе, тем выше ДД данного раствора. Поэтому при нормальном атмосферном давлении чистая вода будет иметь максимальное ДД, а растворенные в ней вещества будут понижать ДД раствора. В стандартных условиях ДД раствора всегда будет ниже, чем у чистой воды; чем концентрированнее будет раствор, тем меньше в нем будет концентрация воды и тем ниже будет ДД раствора.

Поэтому раньше говорили, что по отношению к чистой воде раствор имеет дефицит диффузионного давления (ДДД), при этом ДДД чистой воды был произвольно принят за нуль. Чем концентрированнее раствор, тем выше ДДД для этого раствора. При нормальном атмосферном давлении ДДД для любого раствора будет равен его осмотическому давлению. Термин ДДД явился заменой термина сосущая сила (СС). Происхождение последнего термина ведет свое начало от представления о том, что при осмосе гипертонический раствор присасывает воду из гипотонического раствора. Поэтому говорили, что гипертонический раствор имеет большее всасывающее давление. Теперь стало понятно, что движущей силой для передвижения воды служит более высокий водный потенциал (или иначе диффузионное давление) гипотонического раствора.

Связь между рассмотренными терминами можно выразить следующим образом:

-ψ = ДДД = СС;

а для раствора в стандартных условиях

-ψ = ДДД = ОД = СС.

(2) Вместо уравнения

ψклетки = ТД клетки — ОД клетки

физиологи растений предпочитают использовать уравнение

ψw = ψs + ψp,

где ψw — водный потенциал клетки, ψs — доля, вносимая растворенным веществом в общий водный потенциал (ψs имеет отрицательную величину, равную величине осмотического давления), а ψр — доля тургорного давления в общем водном потенциале (она либо равна нулю, либо имеет положительную величину).

14.2. Передвижение воды у цветковых растений

Вода, находящаяся в растении, непосредственно контактирует с водой почвы и с парами воды в окружающем растение воздухе. Мы уже говорили о том, что вода движется от более высокого водного потенциала к более низкому. Поэтому, как полагают физиологи растений, вода передвигается по растению из области с высоким водным потенциалом (т.е. из почвы) в область с более низким водным потенциалом (т.е. в атмосферу) в соответствии с градиентом водного потенциала. Водный потенциал в умеренно влажном воздухе на несколько десятков тысяч килопаскалей ниже, чем в растении; отсюда и большее стремление воды выходить из растения.

Основная масса воды поступает в растение через корневые волоски. Вода проходит через кору корня в ксилему, поднимается по ксилеме к листьям и испаряется с поверхности клеток мезофилла, а затем диффундирует наружу через устьица. Последний процесс называется транспирацией, а поток воды из корня к транспирирующей поверхности — транспирационным током. Установлено, что растение в среднем использует менее 1% поглощаемой им воды. Куда расходуется вода, мы уже рассматривали в разд. 5.1.2.