Плазмолиз. Виды плазмолиза
Под плазмолизом понимается отделение протопласта клетки от оболочки под действием на клетку гипертонического раствора. Плазмолиз характерен главным образом для клеток растений, обладающих жесткой клеточной стенкой. Животные клетки при помещении в гипертонический раствор, как было указано выше, теряя воду, сморщиваются и уменьшаются в размерах. Плазмолиз растительной клетки аналогичен этому процессу, но сморщивание протопласта происходит внутри клеточной стенки. В нормальных условиях плазмалемма растительной клетки плотно прижата к клеточной стенке изнутри под действием тургорного давления. При помещении клетки в раствор, концентрация осмотически активных веществ в котором больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора. Вследствие выхода воды из клетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки. В процессе плазмолиза протопласт теряет воду, уменьшается в размерах и отделяется от клеточной стенки.
Известно, что живые ткани растения в какой-то мере могут быть рассмотрены как симпласты (синцитии), поскольку протопласты соседних клеток сообщаются между собой через плазмодесмы – цитоплазматические нити, располагающиеся в канальцах, пронизывающих клеточную стенку. Плазмодесмы располагаются в клетке группами на месте так называемых первичных поровых полей. Роль плазмодесм заключается в обеспечении передачи раздражений и передвижения веществ от клетки к клетке. Протопласт как бы закреплен на клеточной стенке в местах расположения плазмодесм, поэтому при уменьшении объема клетки в процессе плазмолиза протопласт дольше всего остается прикрепленным к клеточной стенке именно в местах плазмодесм.
Исследование плазмолиза позволяет сделать выводы о проницаемости мембран растительных клеток для различных веществ, о величине нормального тургорного давления. Плазмолиз чаще всего исследуют на препаратах, в которых клетки расположены в один или несколько слоев и удобны для изучения. К таким препаратам можно отнести кожицу лука, листья элодеи, эпидермис листьев высших растений.
В зависимости от вязкости цитоплазмы, от разницы между осмотическим давлением клетки и внешнего раствора, а, следовательно, от скорости и степени потери воды цитоплазмой, различают плазмолиз выпуклый, вогнутый, судорожный и колпачковый.
Изучение форм плазмолиза на препарате листа элодеи
В ходе плазмолиза форма плазмолизированного протопласта меняется. Рассмотрим плазмолиз клетки листа элодеи, помещенного в гипертонический раствор. Для наблюдения плазмолиза нужно сделать временный препарат листа элодеи, для начала поместив лист в воду и накрыв покровным стеклом. Клетки листа следует рассматривать на большом увеличении. Вода – гипотоничная относительно содержимого клетки среда, и пока лист элодеи находится в воде, клетки находятся в состоянии тургора, их протопласт плотно прижат тургорным давлением к клеточной стенке (рис. 8A). При этом на микропрепарате не видно мест, где находятся плазмодесмы (плазмодесмы – объект электронномикроскопического исследования, их средний диаметр составляет 0,3-0,4 нм). Для того чтобы вызвать плазмолиз в клетках, нужно сменить внеклеточную среду на гипертоничную. С этой целью препарат снимают со столика микроскопа, с одного бока покровного стекла, прикрывающего лист элодеи, помещают каплю гипертонического раствора так, чтобы она касалась покровного стекла. С другой стороны стекла аналогично помещают кусочек фильтровальной бумаги. Из-за возникающих капиллярных сил вода, находящаяся под стеклом, впитывается бумагой, втягивая гипертонический раствор под стекло. После замены раствора нужно немного подождать (5 минут), затем наблюдать формы плазмолиза, переходящие одна в другую.
В начале протопласт отстает от клеточной стенки лишь в отдельных местах, чаще всего в уголках. Плазмолиз такой формы называют уголковым (рис. 13Б). Затем протопласт продолжает отставать от клеточных стенок, сохраняя связь с ними в отдельных местах, поверхность протопласта между этими точками имеет вогнутую форму. На этом этапе плазмолиз называют вогнутым (рис. 13В). Места, в которых сохраняется связь протопласта с клеточной стенкой, отражают расположение групп плазмодесм в клетке. Постепенно протопласт отрывается от клеточных стенок по всей поверхности и принимает округлую форму. Такой плазмолиз носит название выпуклого (рис. 13Г). Если у протопласта связь с клеточной стенкой в отдельных местах сохраняется, то при дальнейшем уменьшении объема в ходе плазмолиза протопласт приобретает неправильную форму. Протопласт остается связанным с оболочкой многочисленными нитями Гехта, прикрепляющимися к клеточной стенке в местах расположения групп плазмодесм. Такой плазмолиз носит название судорожного (рис. 13Д).
Рис. 13. Плазмолиз растительной клетки: А – клетка в состоянии тургора; Б – уголковый; В – вогнутый; Г – выпуклый; Д – судорожный. 1 - оболочка, 2 - вакуоль, 3 - цитоплазма, 4 - ядро, 5 - нити Гехта.
Приготовить временный препарат кожицы лука, листа элодеи либо эпидермиса листа высшего растения. Вплотную к покровному стеклу нанести на предметное стекло каплю раствора соли - более концентрированного, чем раствор веществ, содержащихся в вакуолях. С другой стороны на предметное стекло вплотную к покровному стеклу положить полоску фильтровальной бумаги, которую нужно держать до тех пор, пока раствор соли не войдет под покровное стекло, заменив воду. Через 5-10 минут обратить внимание на отрыв цитоплазмы от оболочки клеток, т.е. плазмолиз.