5.Осмотический потенциал растительной ткани ,, методы определения и возможност использования в сельскохозяйственной практике.
Односторонняя диффузия молекул воды или другого растворителя через полупроницаемую мембрану называется осмос. Причиной осмоса является разность концентрации растворов по обе стороны полупроницаемой мембраны. В 1748 А. Ноллет наблюдал, как растворитель проходит через мембрану из разбавленного раствора в более концентрированный.
Система, в которой можно наблюдать осмос, называется осмотической. Она состоит из растворов разных концентраций или из раствора и растворителя, разделенных полупроницаемой мембраной. Пространство, окруженное такой мембраной и заполненное каким-нибудь раствором получило, название осмотической ячейки.
Изучение осмоса в растительной клетке началось давно в 1826г. Французский ботаник Г. Дютроше смастерил: к кончику стеклянной трубки он привязал мешочек из пергамента, заполненный раствором соли или сахара, и опускал его в стакан с водой. При этом вода поступала в мешочек и раствор немного поднимался по трубке.
В 1877 г. Немецкий ботаник В. Пфеффер создал более совершенную модель растительной клетки, названную осмометром Пфеффера.
В цитоплазме находится очень много разных органелл, окруженных мембранами, то всю ее в данном случае тоже можно считать полупроницаемой. Любая органелла цитоплазмы, окруженная мембраной, представляет собой осмотическую ячейку. Осмотическое передвижение воды происходит также между отдельной органеллой и цитозолем. Идеальная полупроницаемая мембрана пропускает молекулы воды и не пропускает молекул растворенного вещества. Сопротивление движению воды зависит от липидного бислоя и от строения и расположения белковых глобул.
Дополнительное давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы помешать одностороннему току растворителя (воды) в раствор через полупроницаемую мембрану, назвали осмотическим давлением. К веществам осмотически активными относятся органические кислоты, аминокислоты, сахара, соли. Раствор, имеющий большее осмотическое давление, называется гипертоническим, меньшее – гипотоническим.
Поступая в клетку, вода тем самым увеличивает объем вакуоли, которая давит на цитоплазму и заставляет протопласт прижиматься к клеточной стенке. Клеточная стенка растягивается, отчего клетка переходит в напряженное состояние – тургор. Давление протопласта на клеточную стенку получило название тургорное. Так как клеточная стенка имеет небольшую эластичность, она начинает давить на протопласт в противоположном направлении. Это давление клеточной стенки на протопласт называется тургорным натяжением.
Осмотическое поступление воды приводит к возникновению тургорного давления. Разница между осмотическим давлением клеточного сока и противодавлением клеточной стенки определяет поступление вод в клетку каждый данный момент.
Химический потенциал воды называется водным потенциалом. Чем ниже энергия молекул воды, тем ниже водный потенциал. Химический потенциал любого раствора – отрицательная величина и с увеличением концентрации растворенных веществ становится все более отрицательным.
Водный потенциал клетки – разность между свободной энергией воды внутри и вне клетки при той же температуре и атмосферном давлении. Величина водного потенциала клетки определяется степенью ее насыщенности водой: чем больше клетка насыщена водой, тем менее отрицателен ее водный потенциал.
Компоненту водного потенциала клетки, которая определяется присутствием растворенного вещества, обозначают особым термином – «осмотический потенциал». Осмотический потенциал раствора связан прямой зависимостью с концентрацией растворенного вещества. С увеличением этой концентрации осмотический потенциал становится все более отрицательной величиной.
Положительный потенциал тургорного давления полностью уравновешивает отрицательный осмотический потенциал, и клетка перестает поглощать воду; в таком состоянии ее водный потенциал равен нулю. Это состояние называется состоянием насыщения. Поскольку осмотический потенциал равен разности между химическим потенциалом раствора и химическим потенциалом чисто воды, который равен 0, то он всегда отрицательный.
Для клеток деревьев в состав этого уравнения включают еще одно слагаемое – гравитационный потенциал отражающий влияние на активность воды силы тяжести, заметно сказывающийся только при подъеме воды на большую высоту.
Величина осмотического потенциала изменяется и в пределах растения: у корней – 0,5 — — 1,0, у верхних листьев – до – 4,0 МПа. Это обуславливает существование градиента водного потенциала клеток от корней к листьям. Величина осмотического потенциала зависит также от температуры, интенсивности света.
Энергия для осмоса нужна: во-первых, нужно иметь растворы разной концентрации по обе стороны мембраны; энергия тратится на активный транспорт растворенных веществ в вакуоль и создание градиента концентрации. Во-вторых, осмотически активные вещества, накапливающиеся в вакуоли, является продуктами метаболизма, следовательно, для их образования тоже затрачивается энергия. В- третьих, энергия необходима для сохранения избирательной проницаемости мембран.
Осмотические процессы лежат в основе многих процессов, например поступления воды, движения органов растения, движения устьиц.
При достаточном водоснабжении вода в коре корня транспортируется главным образом по апопласту, т.к. здесь она встречает менее сопративление, и лишь частично по симпласту. Если клетки корня испытывают недостаток воды, то она будет предвигаться в основном по симпласту.
Живые клетки оказывают большее сопротивление движению воды, поэтому по ним передвигается лишь 1-10% ее общего количества.
В листовой пластинке транспорт воды идет в основном по апопласту. Транспорт воды в листовой пластинке изучен хуже, чем в корне.
Источник
1.2.3. Определение осмотического давления клеточного сока плазмолитическим методом
Осмотическое давление – один из физиологических показателей водного режима. От его величины зависит поступление воды в клетку. Осмотическое давление соответствует гидростатическому давлению, которое развивает раствор, “всасывая” воду через полупроницаемую перепонку. Его величина зависит от концентрации раствора и абсолютной температуры.
Осмотическое давление растворов веществ, диссоциирующих на ионы, больше, чем неэлектролитов. Грамм-молярные растворы последних имеют одинаковую величину осмотического давления.
Цель работы. Ознакомиться с методом определения осмотического давления. Сравнить величину осмотического давления разных объектов.
Материалы и оборудование: 1. Луковица синего лука. 2. Листья мха мниума, элодеи, традесканции. 3. Микроскопы. 4. Предметные и покровные стекла. 5. Препаровальные иглы. 6. Лезвия бритвы. 7. Чашки Петри или бюксы (7 шт.) 8. Молярные растворы хлористого натрия или сахарозы в колбе. 9. Бумага для этикеток. 10. Пипетки на 5 или 10 мл. 11. Дистиллированная вода в колбе.
Плазмолитический метод основан на подборе раствора, концентрация которого равна концентрации клеточного сока (изотоническая). Находят её по степени плазмолиза. Изотонический раствор будет находиться между раствором, вызывающий начальный плазмолиз, и более слабым, не вызывающим его.
По изотонической концентрации и температуре рассчитывают осмотическое давление по уравнению Р=RTCi ,
где Р — осмотическое давление МПа (мегапаскаль=10 6 Па=9,87 атм);
R — универсальная газовая постоянная равная 0,00831 кДж/град-моль;
Т — абсолютная температура, 0 К (Т=tкомн.( 0 С)+273);
С — изотоническая концентрация раствора, моль/л;
i – изотонический коэффициент, показывающий соотношение частиц (молекул и ионов). Он равен 1+(n-1), где α – степень диссоциации, n – число ионов, на которое диссоциирует молекула.
Таблица 3- Значение изотонического коэффициента для хлористого натрия
Источник
1.2.3. Определение осмотического давления клеточного сока плазмолитическим методом
Осмотическое давление – один из физиологических показателей водного режима. От его величины зависит поступление воды в клетку. Осмотическое давление соответствует гидростатическому давлению, которое развивает раствор, “всасывая” воду через полупроницаемую перепонку. Его величина зависит от концентрации раствора и абсолютной температуры.
Осмотическое давление растворов веществ, диссоциирующих на ионы, больше, чем неэлектролитов. Грамм-молярные растворы последних имеют одинаковую величину осмотического давления.
Цель работы. Ознакомиться с методом определения осмотического давления. Сравнить величину осмотического давления разных объектов.
Материалы и оборудование: 1. Луковица синего лука. 2. Листья мха мниума, элодеи, традесканции. 3. Микроскопы. 4. Предметные и покровные стекла. 5. Препаровальные иглы. 6. Лезвия бритвы. 7. Чашки Петри или бюксы (7 шт.) 8. Молярные растворы хлористого натрия или сахарозы в колбе. 9. Бумага для этикеток. 10. Пипетки на 5 или 10 мл. 11. Дистиллированная вода в колбе.
Плазмолитический метод основан на подборе раствора, концентрация которого равна концентрации клеточного сока (изотоническая). Находят её по степени плазмолиза. Изотонический раствор будет находиться между раствором, вызывающий начальный плазмолиз, и более слабым, не вызывающим его.
По изотонической концентрации и температуре рассчитывают осмотическое давление по уравнению Р=RTCi ,
где Р — осмотическое давление МПа (мегапаскаль=10 6 Па=9,87 атм);
R — универсальная газовая постоянная равная 0,00831 кДж/град-моль;
Т — абсолютная температура, 0 К (Т=tкомн.( 0 С)+273);
С — изотоническая концентрация раствора, моль/л;
i – изотонический коэффициент, показывающий соотношение частиц (молекул и ионов). Он равен 1+(n-1), где α – степень диссоциации, n – число ионов, на которое диссоциирует молекула.
Таблица 3- Значение изотонического коэффициента для хлористого натрия
Источник