Занятие IV-V. Водообмен клетки

Работа 1 (А). Определение водного потенциала растительных тканей компенсационным методом в жидкой фазе (по Уршпрунгу)

Компенсационный метод основан на подборе внешнего раствора известной концентрации, с которым исследуемая ткань находится в состоянии водного равновесия, обусловленного равенством водного потенциала наружного раствора и водного потенциала ткани. Водный потенциал наружного раствора определяется его осмотическим потенциалом - Ψ_р-ра = Ψ_{s р-ра}

Образцы исследуемой ткани (например, брусочки) помещают в серию растворов известной концентрации. Длина брусочка ткани уменьшается, если осмотический потенциал наружного раствора меньше водного потенциала растительной ткани: Ψ_{s р-ра} < Ψ_кл. Длина брусочка ткани увеличивается в том случае, если осмотический потенциал наружного раствора больше водного потенциала ткани: Ψ_{s р-ра} > Ψ_кл. Длина брусочка ткани остается без изменений в том растворе, у которого осмотический потенциал равен водному потенциалу клеток ткани: Ψ_{s р-ра} = Ψ_кл.

Цель работы: определить водный потенциал тканей исследуемого объекта.

Объекты исследования: клубни картофеля; корнеплоды свеклы, репы, турнепса; стебель кольраби.

Реактивы и оборудование: 1 М NaCl, дистиллированная вода; чашки Петри, нож,

скальпель, бюретки, фильтровальная бумага.

Ход работы

1. Приготовить в чашках Петри по 20 мл раствора хлорида натрия следующих

концентраций: 1,0, 0,8, 0,6, 0,4, 0,2. 0,1, 0 М. Для этого исходный 1 М раствор NaCl разбавить дистиллированной водой с использованием бюреток для отмеривания нужных объемов воды и раствора (табл. 1).

Таблица 1

Приготовление растворов NaCl заданной концентрации

№ чашки Петри	Концентрация раствора, М	Количество исходных растворов, мл
		1 М NaCl	дист. вода
1	1,0	10	0
2	0,9	9	1
3	0,8	8	2
4	0,7	7	3
5	0,6	6	4
6	0,5	5	5
7	0,4	4	6
8	0,3	3	7
9	0,2	2	8
10	0,1	1	9
11	0	0	10

2. Вырезать ножом из органа растения ровную пластинку толщиной 5-10 мм (резать поперек клубня (корнеплода)) и разделить ее на одинаковые брусочки шириной 2-3 мм и длиной 40-70 мм. Длина всех брусков должна быть абсолютно одинаковой. Приготовление и измерение брусков следует делать быстро, не допуская подвядания тканей, а вытекающий при поранении клеточный сок необходимо удалять фильтровальной бумагой.

3. Брусочки погрузить в растворы NaCl заданных концентраций и после выдерживания в них в течение 40 минут снова точно измерить линейкой длину каждого бруска.

4. Результаты измерений записать в таблицу 3.

5.Объяснить причины изменения длины брусков ткани. Найти водный потенциал клеток исследуемой ткани перед погружением в растворы, рассчитав осмотический потенциал соответствующего (изоосмотического) раствора по уравнению Вант-Гоффа:

Ψ_{s р-ра} = - RTCi , где

Ψ_s – осмотический потенциал, МПа;

R – газовая постоянная, 0,00831 л ∙ МПа/ град ∙ моль;

Т – абсолютная температура, (273 + t опыта) ˚С;

С – концентрация, Моль;

i – изотонический коэффициент (для неэлектролитов равен 1,

для электролитов больше 1; данные для растворов NaCl

приведены в табл. 2).

Ψ_кл. = Ψ_{s р-ра}.

Таблица 2

Значение изотонического коэффициента i для растворов NaCl (20˚С)

Концентрация NaCl, М	1,0	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0,01
Изотонический коэффициент	1,62	1,64	1,66	1.68	1.70	1.73	1.75	1.78	1.83	1.93

Результаты и обсуждение

Таблица 3

Влияние концентрации раствора NaCl на длину брусков ткани

Показатели	Концентрация раствора NaCl, М
	1,0	0,8	0,6	0,4	0,2	0,1	0
ИсходнаяИсх Исх Исходная длина бруска ткани, мм
Длина бруска ткани после пребывания в р-ре, мм
Изменение длины бруска, мм
Тургор*

Примечание: * в графе «тургор» указать, каков тургор клеток ткани

(сильный, средний, слабый, отсутствует); для определения

показателя разложить бруски ткани на поверхность чашки

Петри по кругу так, чтобы они наполовину свисали с ее края.

Работа 1 (Б). Зависимость осмотических показателей (водного потенциала  ψ_кл., осмотического потенциала  ψ_s , потенциала давления  ψ_р) от степени насыщения клеток водой

Данная работа служит продолжением предыдущей. На основании полученных данных построить диаграмму, показывающую, как изменяются показатели ψ_кл., ψ_s , ψ_р при изменении насыщения клеток ткани водой.

Зависимость между названными показателями имеет вид: ψ_кл. = ψ_{s +} ψ_р. Если до погружения в растворы все клетки ткани имели одинаковую степень насыщения водой, а следовательно, и одинаковые значения ψ_кл., ψ_s , ψ_р , то после пребывания брусков в растворах разной концентрации эти показатели изменились.

Ход работы

1. Рассчитать водный потенциал клеток (ψ_кл) в растворах NaCl различной концентрации. Исходя из того, что бруски ткани достаточно долго пролежали в растворах и их размеры уже перестали изменяться, считаем, что водный потенциал клеток сравнялся с осмотическим потенциалом соответствующего раствора (ψ_кл. = ψ_{s р-ра}). ψ_{s р-ра} и, следовательно, равный ему ψ_кл. рассчитывается по уравнению Вант-Гоффа:

ψ_кл. = ψ_{s р-ра} =  RTCi (МПа)

2. Рассчитать осмотический потенциал клеточного сока клеток брусков ткани (ψ_{s кл.}). Для самого короткого бруска (V₁) характерно полное отсутствие тургора: ψ_р = 0, откуда ψ_{s кл.1} = ψ_{кл.1 .} Остальные тканевые бруски имеют все более разбавленный клеточный сок, причем ψ_{s кл.ּ} увеличивается обратно пропорционально объему клеток (или длине брусков):

ψ_{s кл.1} V₁ = ψ_кл.n V_n, откуда ψ_{s кл.n} =

Потенциал давления ( ψ_р ) найти из уравнения:

ψ_кл. = ψ_{s кл.} + ψ_р , откуда ψ_р = ψ_кл. - ψ_{s кл.}

3. Заполнить таблицу 4.

4. На миллиметровой бумаге вычертить диаграмму. Ось абсцисс - длина брусков ткани, мм; ордината - водный потенциал (ψ_кл.), осмотический потенциал (ψ_s) и потенциал давления (ψ_р) клеток, атм. Сделать анализ диаграммы, указав, как изменяются осмотические показатели по мере насыщения клеток водой ( с увеличением длины бруска растительной ткани).

Результаты и обсуждение

Таблица 4

Зависимость ψ_кл., ψ_{s кл.,} ψ_р от водонасыщенности клеток

Показатели	Концентрация раствора NaCl, М
	1,0	0,8	0,6	0,4	0,2	0,1	0
Длина бруска после пребывания в растворе (V), мм
Водный потенциал клеток ткани ( ψкл.), МПа
Осмотический потенциал клеток ткани (ψs кл.), МПа
Потенциал давления клеток ткани ( ψр.) , МПа
№ чашки (бруска)	1	2	3	4	5	6	7